DE19958668A1 - Verwendung von quellfähigen Substanzen als Bindemittel für flüssige tierische Ausscheidungen und Düngeverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontrollierten Düngung mit natürlichen Düngestoffen, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige oder einen hohen Flüssiganteil enthaltende tierische Ausscheidungen direkt vor dem bzw. beim Austrag der Gülle mit mindestens einer hydrophilen, quellfähigen Substanz vermischt werden und das entstandene Gel auf die zu düngenden Flächen aufgebracht wird. Weiterhin betrifft sie die Verwendung von hydrophilen, quellfähigen Substanzen als Bindemittel für flüssige oder einen hohen Flüssiganteil enthaltende tierische Ausscheidungen, dadurch gekennzeichnet, daß der tierischen Ausscheidung mindestens 4 Gew.-% des Bindemittels zugesetzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung der Eigenschaften von tierischen Ausscheidungen, insbesondere von Gülle, durch den Einsatz quellfähiger Substanzen, z. B. biologisch abbaubarer Polymere.

Zur Zeit werden die in landwirtschaftlichen Betrieben anfallenden tierischen Ausscheidungen größtenteils auf landwirtschaftliche Nutzflächen aufgebracht. Durch diese Vorgehensweise wird zum einen anfallende Gülle entsorgt, zum anderen werden den Pflanzen durch die Gülleinhaltsstoffe wertvolle Nährstoffe zugeführt. Dabei ergeben sich jedoch folgende Probleme:

• 1. Belastung des Grundwassers durch ausgewaschene Nitrate und Phosphate.
  Die größten Umweltprobleme durch Gülledüngung entstehen, wenn zur falschen Zeit gedüngt bzw. überdüngt wird. Die Pflanzen nehmen die Nährstoffe im Flüssigdünger dann nur teilweise auf und die ungenützte Gülle dringt in das Grund- und Oberflächenwasser, wodurch dieses mit Phosphaten und Nitraten belastet wird. Eine angepaßte Nährstoffversorgung würde dagegen zu einer wesentlichen Verringerung des Stickstoff- und Phosphoreintrages über die tierischen Ausscheidungen in den Boden führen.
• 2. Emissionen von Ammoniak.
  Beim Austragen der Gülle auf die landwirtschaftlichen Flächen wird bei der Verteilung Ammoniak freigesetzt. Dies ist aus folgenden Gründen unerwünscht:
  • a) Das Ammoniak stellt eine große Geruchsbelästigung dar und ist dabei besonders in der Nähe von Siedlungen ein Problem.
  • b) Ammoniak gilt als einer der Hauptverursacher von Waldschäden. Es regt das Pflanzenwachstum an und erhöht damit den Bedarf an anderen Nährstoffen. Folge der Stickstoffeinträge ist eine höhere Anfälligkeit der Bäume gegen andere Streßfaktoren und Schadeinwirkungen wie Trockenheit und Insektenbefall. (c) Durch Ammoniakemissionen verliert die Gülle eine Teil ihres Stickstoffes, der damit der zu düngenden landwirtschaftlichen Fläche nicht zur Verfügung steht.

Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wurde das Ausbringen von Gülle durch die Düngemittelverordnung von 1996 stark reglementiert. Sie schreibt bestimmte maximale Düngemittelmengen und moderne Ausbringungverfahren vor.

Um die vorstehenden Nachteile zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, zur Emissionsreduzierung der Gülle vereinzelt Wasser hinzuzufügen, wodurch jedoch die Transportkosten deutlich erhöht werden. Auch eine Belüftung der Gülle verringert die Emissionen bei der Ausbringung, allerdings wird die Düngewirkung ebenfalls verringert. Im Bereich der Lagerstätte kann die Geruchsstoffreisetzung jedoch verstärkt werden. Die erheblichen Kosten und die verstärkte Ammoniakfreisetzung bei der Belüftung haben dazu geführt, daß die Belüftung derzeit kaum noch Beachtung findet.

Durch moderne Ausbringverfahren wie z. B. den Einsatz von Schleppschuh- und Schleppschlauchverteilern lassen sich Geruchsemissionen und die Auswaschgefahr etwas reduzieren, weshalb diese Systeme heute verstärkt eingesetzt werden. Bei starken Regenfällen oder gefrorenen Böden ist die Auswaschgefahr jedoch nicht gebannt. Auch das Problem der Geruchsbelastungen ist noch nicht zufriedenstellend gelöst.

In der DE 40 37 113 A1 und der EP 474 992 A2 sind Verfahren beschrieben, bei denen unter Verwendung von Zusatzstoffen aus der Gülle entsprechende Düngemittel erzeugt werden können. Gemäß der DE 40 37 113 A1 wird die Gülle dazu in Behältern mit den Zusatzstoffen wie Polyuroniden (in einer Menge von bis zu 3 Gew.-%) und Säuren behandelt und sodann mit Gips vermischt, einer thermischen Behandlung unterzogen und anschließend getrocknet. Der so hergestellte streufähige Trockendünger kann dann zur Düngung verwendet werden. Die bei dem beschriebenen Verfahren auftretenden Emissionen (Abluft) werden in zusätzlichen Reinigungsschritten behandelt. Gemäß der EP 474 992 A2 wird die Gülle auf einer zuvor mit Zusatzstoffen speziell präparierten Fläche in mehreren Schritten aufgebracht und zwischen diesen Schritten durchgelüftet. Anschließend wird das Produkt gelagert und fermentiert, bevor es in das Erdreich eingearbeitet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Anzahl der Arbeitsschritte beider Behandlung von Gülle und dgl. deutlich zu verringern und gleichzeitig eine Emissionsverminderung zu erzielen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sollen die Inhaltsstoffe der Ausscheidungen darüber hinaus als Pflanzennährstoffe zur Verfügung stehen, ohne daß die Nachteile bisheriger Düngetechniken auftreten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die tierischen Ausscheidungen mit hydrophilen, quellfähigen Substanzen zusammengegeben werden. Dabei dienen diese Substanzen als Bindemittel für die Flüssiganteile ("Gülle") der Ausscheidungen.

Um eine schnelle Abbindung der Gülle zu erzielen, ist es dabei vorteilhaft, mindestens 4 Gew.-% der quellfähigen Substanz einzusetzen.

Durch die hierdurch erzielte "Vergelung" der tierischen Ausscheidungen werden Nitrat- und Phosphatauswaschungen sowie die Geruchsemissionen (Ammoniak-Abgabe an die Umgebung) deutlich reduziert.

Die von den quellfähigen Substanzen absorbierten Flüssigausscheidungen eignen sich darüber hinaus ausgezeichnet zur kontrollierten Düngung, da eine gleichmäßige, an den Bedarf der Pflanzen angepaßte Nährstoffabgabe gewährleistet ist. In vorteilhafter Weise können die hydrophilen, quellfähigen Substanzen dabei direkt vor dem bzw. beim Austrag, d. h. zum Beispiel auf dem Weg vom Stall zum Feld oder zur Wiese oder auch erst dort, zusammengegeben werden. Dies kann mit nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fest/Flüssigmischung, beispielsweise mit Strahlpumpen, erfolgen, wobei die Pumpe, der Vorratsbehälter und der Mischbehälter vorzugsweise auf einem transportablen Untersatz montiert sind. Werden die vorgenannten Mengenverhältnisse eingehalten oder mehr hydrophile, quellfähige Substanz bis zu einem Anteil von etwa 10 Gew.-%, bezogen auf die tierischen Ausscheidungen, eingesetzt, so wird die Gülle ausreichend schnell abgebunden, um die Transportzeit der Gülle oder sogar ausschließlich deren Ausbringzeit zur Vergelung zu nutzen. Dabei kann der notwendige Vergelungszeitraum beispielsweise über die Korngröße der quellfähigen Substanz gesteuert werden. So kann bei entsprechender Feinkörnung bereits nach 30 Sekunden eine ausreichende Vergelung stattgefunden haben, was gestattet, gegebenenfalls die Mischung direkt nach dem Vermischen auszubringen. Mit diesen Vorgaben lassen sich die positiven Effekte moderner Ausbringungstechniken verstärken. Aber auch bei einfachen Ausbringungsmethoden, wie sie heute immer noch Verwendung finden (Einsatz von Prallblechung, Prallköpfen und Schleuderschüben) kann eine erhebliche Reduzierung der oben genannten Probleme erreicht werden. Weder starke Regenfälle noch Druck- oder Temperatureinwirkungen bewirken ein unkontrolliertes Austreten der Nährstoffe aus dem "Gülle-Gel". Die stark erhöhte Viskosität verhindert eine Austragung durch Kanäle im Erdreich.

Interessant ist das erfindungsgemäße Düngeverfahren daher besonders in Gegenden, in denen eine Grundwasserverunreinigung durch Phosphate und Nitrate möglich ist. Auch ist der Einsatz zu Zeitpunkten denkbar, die durch die aktuelle Düngemittelverordnung nicht zulässig sind. Besonders in den Wintermonaten ist die Gefahr der Auswaschung auf gefrorenen Böden besonders groß. Da aber auch in dieser Zeit ein wenn auch geringer Nährstoffbedarf vorhanden ist, ist eine Winterdüngung ohne die derzeit bestehenden Nachteile für die Zukunft von Interesse.

Die Erfindung ist bezüglich des Einsatzes der quellfähigen Substanz(en) nicht beschränkt, sofern deren Hydrophilie sie geeignet macht, wäßrige Substanzen in starkem Maße zu binden. Derartige Substanzen werden bereits heute vielfältig verwendet und sind dem Fachmann bekannt. Zu erwähnen sind hier insbesondere hydrophile natürliche oder synthetische Polymere. Im Bereich der Hygienetechnik werden seit vielen Jahren sog. "super-absorbierende Polymere" (SAP) zur Aufnahme und Speicherung von Körperflüssigkeiten verwendet (siehe beispielsweise DE-OS 31 24 008, EP 178 175 A2 oder US 4,269,188). Im Bereich der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie werden SAP dazu benutzt, die von Lebensmitteln (Fisch, Fleisch) während des Transports und der Lagerung abgegebene Flüssigkeiten zu binden (siehe EP-A-685 30). Als Bodenzuschlagsstoffe finden die SAP im Bereich der Agrartechnik als Bodenstabilisatoren und Feuchtigkeitsspeicher Verwendung (siehe EP-A-380 448, US 5,185,024).

Alle in den erwähnten Patenten bzw. Patentanmeldungen genannten Substanzen können auch für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden. Geeignet sind beispielsweise biologisch abbaubare Substanzen wie Polysaccharide, insbesondere Alginate, Alginsäuren, Amylose, Amylopektin, Callose, Carragenan, Cellulose, Chitin, Dextran, Guluronsäure, Inulin, Laminarin, Lichenin, Pullulan, Pustulan, Stärke, Stärkederivate, Xanthan oder Mischungen hiervon. Insbesondere dann, wenn keine Ausbringung auf natürliche Böden vorgesehen ist, sind auch z. B. biologisch nicht abbaubare Substanzen wie hochsaugaktive synthetische Polymere, insbesondere Polymere auf Acrylat- oder Methacrylat-Basis, Polyacrylsäure oder Polymethacrylsäure oder deren Salze, Polyacrylamid, Polyalkohole und Copolymere der genannten synthetischen Polymeren sowie Mischungen dieser Substanzen einsetzbar. Selbstverständlich lassen sich auch biologisch abbaubare und biologisch nicht abbaubare Substanzen in geeigneter Weise miteinander kombinieren. Die Polymere können weitere Vernetzungs- und/oder Verarbeitungshilfsmittel und/oder Eigenschaftsverbesserer aufweisen.

Ganz besonders bevorzugt werden Gelbildner eingesetzt, die zumindest teilweise oder aber vollständig biologisch abbaubar sind. Dabei kann die Nährstoffabgabe des als Depotkörper wirkenden "Gülle-Gels" durch die Abbaurate des biologisch abbaubaren Polymers gezielt gesteuert werden.

Durch die Vergelung der Gülle kann die Wirkung von geeigneten Zusatzstoffen bei der Herstellung von Düngern, wie z. B. das im Patent DE 41 14 370 vorgeschlagene Gemisch aus Calciumsulfat, Natriumcarbonat bzw. Natriumbicarbonat, Rindenmehl, cellulosehaltige Substanzen und Tonminerale, noch erhöht werden, da durch das Gel eine erhöhte Einwirkzeit der Zusatzstoffe bewirkt wird. Es ist aber bevorzugt, das Gel direkt und ohne Einbringung weiterer Stoffe einzusetzen, um die Bodenzusammensetzung so wenig wie möglich durch künstliche Maßnahmen zu verändern und Kosten zu sparen.

Nachstehend soll die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1

Gülletyp: Schweinegülle
Gelbildner: nicht biologisch abbaubarer Superabsorber Stockosorb, (quervernetztes Natriumpolyacrylat; Hersteller: Stockhausen GmbH & Co. KG), Granulatform, mittlere Korngröße, 1,5 mm.

100 g Gülle wurden 10 g des genannten Gelbildners zugegeben und intensiv vermischt. Nach ca. 8,5 Minuten wird die Bildung eines "Gülle-Gels" festgestellt. Nach ca. 30 Minuten liegt ein granulatförmiges Gülle-Gel vor. Das "Gülle-Gel" ist über einen Versuchszeitraum von zwei Wochen stabil.

Beispiel 2

Gülletyp: Schweinegülle
Gelbildner: nicht biologisch abbaubarer Superabsorber, Cabloc CT (quervernetztes Natriumpolyacrylat; Hersteller: Stockhausen GmbH & Co. KG), Pulverform, mittlere Korngröße, 100 µm.

100 g Gülle wurden 5 g des genannten Gelbildners zugegeben und intensiv vermischt. Nach ca. 30 Sekunden wird die Bildung eines "Gülle-Gels" mit pastöser Konsistenz festgestellt. Das "Gülle- Gel" ist über einen Versuchszeitraum von zwei Wochen stabil.

Beispiel 3

Gülletyp: Schweinegülle
Gelbildner: biologisch abbaubarer Superabsorber, CMS/SAP01 von CHP Carbohydrat Pirna GmbH & Co. KG, (Polysaccharidmischung), Pulverform, mittlere Korngröße: 300 µm.

100 g Gülle wurden 7 g CMS/SAP01 zugegeben und intensiv vermischt. Nach ca. 2 Minuten wird die Bildung eines "Gülle- Gels" mit pastöser Konsistenz festgestellt. Das "Gülle-Gel" ist über einen Zeitraum von 4 Tagen stabil und verflüssigt sich danach zunehmend auf Grund des Abbaus der Polymerketten des Gelbildners.

Fig. 1 zeigt schematisch die Wirkung des erfindungsgemäßen Düngeverfahrens. Fig. 1a verdeutlicht die herkömmliche Düngung:
Die Gülle wird auf die Erdoberfläche aufgebracht. Nicht aufgenommene Nitrate u. ä. gelangen mit dem Regenwasser durch Kanäle bis auf eine grundwasserführende Schicht.

Fig. 1b zeigt die Vorteile der erfindungsgemäßen Düngung: Die vergelte Gülle bleibt an der Erdoberfläche und gibt die Pflanzennährstoffe langsam und kontrolliert an die Umgebung ab. Das Grundwasser bleibt unkontaminiert.

Claims (9)

1. Verfahren zur kontrollierten Düngung mit natürlichen Düngestoffen, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige oder einen hohen Flüssiganteil enthaltende tierische Ausscheidungen direkt vor dem bzw. beim Austrag der Gülle mit mindestens einer hydrophilen, quellfähigen Substanz vermischt werden und das entstandene Gel auf die zu düngenden Flächen aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile, quellfähige Substanz ausgewählt wird unter biologisch abbaubaren organischen Polymeren.

3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophile, quellfähige Substanz ausgewählt ist unter quervernetzten Natriumpolyacrylaten und Polysacchariden oder Mischungen von Polysacchariden.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den tierischen Ausscheidungen keine weiteren Zusatzstoffe beigemischt werden.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen der tierischen Ausscheidungen mit der hydrophilen, quellfähigen Substanz mit Hilfe einer Strahlpumpe erfolgt.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen in einem Transportbehälter erfolgt, mit dem die tierischen Ausscheidungen an ihren Einsatzort gebracht werden können.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den tierischen Ausscheidungen 4-10 Gew.-% der mindestens einen hydrophilen, quellfähigen Substanz zugesetzt werden.

8. Verwendung von hydrophilen, quellfähigen Substanzen als Bindemittel für flüssige oder einen hohen Flüssiganteil enthaltende tierische Ausscheidungen, dadurch gekennzeichnet, daß der tierischen Ausscheidung mindestens 4 Gew.-% des Bindemittels zugesetzt werden.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrophilen, quellfähigen Substanzen biologisch abbaubare organische Polymere sind.