DE2103111A1 - Elektro-Ultrafiltergerät insbes. zur Bodenuntersuchung - Google Patents

Description

• Blektlo-Ultrafiltergerat insbes, zur Bo denuntersuchung Die Erfindung betrifft ein Elektro-Ultrafiltergerät insbes.
• zur Bodenuntersuchung. Derartige Geräte sind bereits bekannt.
• Sie werden mit konstanter Gleichspannung von beispielsweise 220 Volt betrieben. Dabei werden durch den elektrischen Strom die in der nassen Bodenprobe enthaltenen Kationen und Anionen durch Elektro-Ultrafilter in getrennten Gefäßen gesammelt und in Zeitabständen erfaßt, Mit dieser Methode ist es lediglich möglich, die pflanzenverfügbaren Nährstoffe summarisch zu erfassen. Es ist aber nicht möglich, den pflanzenverfügbaren Nährstoffvorrat in definierte Fraktionen nach dem Grad ihrer Pflanzenverfügbarkeit zu zerlegen und Aussagen über wichtige Bodeneigenschaften, wie Art der Tonminerale, Nährstoffestlegungsvermögen der Tonminerale und Art der Humussubstanzen im Boden zu machen.
• Auch die herkömmlichen chemischen Extraktionsmethoden erfassen die Nährstoffe nur summarisch und liefern keine weiteren Informationen über die obengenannten wichtigen Bodeneigenschaften, Die Bestimmung definierter Nährstofffraktionen im Boden (wie Nährionenkonzentrationen in der Bodenlösung, Gehalt an austauschbar gebundenen Kationen, Nachlieferungsgeschwindigkeit nicht austauschbar gebundener Kationen, Löslichkeit von Bodenphosphaten usw,) und die Kennzeichnung weiterer wichtiger Bodeneigenschaften (s.oben) ist nur in mehreren langwierigen Arbeitsgängen unter Verwendung von zahlreichen Chemikalien und kostspieligen Apparaturen (z.Bv von Röntgengeräten) möglich. Ihre Durchführung ist jedoch notwendig, weil die Beziehungen zwischen dem nur summarischen Wert der Nährstoffuntersuchungen und dem Pflanzenertrag unbefriedigend sind und somit auch keine befriedigende Düngerberatung möglich ist.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Mängel mit einer wenig aufwendigen und zuverlässigen Technik zu beseitigen, die auch für Routineuntersuchungen geeignet ist. Es wird daher ein Elektro-Ultrafiltergerät insbes. zur Bodenuntersuchung vorgeschlagen, das erfindungsgemäß in der an sich bekannten Form ausgebildet ist, jedoch mit einem an sich bekannten Potentiometer in der Weise verbunden ist, daß die Betriebsspannung zum Entziehen der Nährionen sich nach jedem der sich aneinanderreihenden bestimmten Zeitabschnitte sprunghaft erhöht. die Variierung der Spannung ermöglicht es, die Stärke der Nährstoffbindung und damit ihre Verfügbarkeit im Boden zu erfassen.
• In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des an sich bekannten Gerätes, allerdings ohne die Automatik. Der Behälter 1 zur Aufnahme der zu untersuchenden Bodenproben, die mit Wasser versetzt sind (Bodensuspension), ist mit einem nicht dargestellten Rührwerk und mit einem Wasserzulauf 2 versehen.
• Zu beiden Seiten ist dieser Behälter von Ultrafiltern 3, 4 begrenzt, an die sich nach außen die beiden Elektroden 5, 6 anschließen, deren Abstand voneinander bei dem bisher benutzten Gerät 4 cm beträgt. Die beiden äußeren Behälter 7, 8 sind mit den Vakuumanschlüssen 9, 10 aus einem Stück gefertigt. Die mit Hähnen 11 12 versehenen Ablaufrohre 13, 14 fuhren zu den Sammelbehältern 15, 16 und von diesen über weitere Hähne 17, 18 zu den Auffangbehältern 19, 20.
• Nach Anlegung einer Gleichspannung wandern die in der Bodensuspension des Behälters 1 vorhandenen Ionen an die Anode bzw.
• Kathode und werden durch den an 9 und 10 liegenden Unterdruck von beispielsweise 0,1 at mit dem Wasser aus dem Behälter abgesaugt, das weiter in die Sammelbehälter 15, 16 fließt. In Abständen von jeweils 5 min werden die Hähne 11, 12 geschlossen und die Hähne 17, 18 anschließend kurz geöffnet, um die angefallenen Fraktionen in die Behälter 19, 20 zu überführen.
• Sodann werden die Hähne für den zweiten Meßwert in umgekehrter Reihenfolge in die Ausgangsstellung gebracht. Diese Prozedur wiederholt sich von Meßpunkt zu Meßpunkt, währen die Menge der einzelnen Nährstoffe bestimmt wird. Das Umschalten der Spannung zu bestimmten Zeiten und das Schließen und Öffnen der Hähne sowie das Auswechseln der Auffangbehälter in bestimmten Zeitabschnitten kann dabei mechanisch oder elektrisch erfolgen.
• Fig. 2 zeigt an einem Beispiel der Bestimmung der desorbierten K-Mengen den typischen Verlauf einer aufgenommenen Kurve.
• Über der Zeit ist die nach jeweils 5 min im Behälter 19 entnommene und spektrostopisch bestimmte K-Menge aufgetragen, wobei die Spannung in dem hier beschriebenen Beispiel von 50 V nach 5 min auf 200 V, nach 30 min auf 400 V erhöht wurde. Die in dem Beispiel der Fig. 1 und 2 angegebenen Zahlenwerte beziehen sich nur auf das in Fig. 1 gezeigte Gerät mit einem Elektrodenabstand von 4 cm. Das bedeutet, daß für andere Elektrodenabstände z.B. andere optimale Spannungswerte und Spannungsstufen empirisch ermittelt werden müssen.
• Als Ergebnis der neuen methode ist zunächst festzuhalten, daß aus der Fig. 2 die k;-Ionen-Konzentration der Bodenlösung am natürlichen Standort bei optimaler Viasserversorgung entnommen werden kann. Wie empirisch ermittelt werden entspricht diesem Wert der aus der Kurve der Fig. 2 nach 10 min ablesbare Maximalwert der desorbierten K-Menge.
• Weiter ergibt die Summe der einzelnen K-Fraktionen bis 35 min den K-Vorrat im Boden, wie er nach den herkömmlichen chemischen Extraktionsmethoden ermittelt wird.
• Schließlich gibt der Verlauf der Kurve Aufschluß über die Art der Tonminerale und über ihr K-Festlegungsvermögen im Boden.
• Die Menge dieser Minerale kann man durch Wiegen der auf dem Anodenfilter angesammelten Tone bestimmen.
• Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, werden in einem Arbeitsgang die für die pflanzliche Ernährung wichtigsten Fraktionen eines Pflanzennährstoffs erfaßt. Analog wie oben für K+ dargelegt, können auch die Fraktionen anderer Pflanzennährstoffe (bei4+ Ca++, Mg, Nitrat, Phosphat, Sulfat, Schwermetalle) nach dem Grad ihrer pflanzlichen Verfügbarkeit in einem Arbeitsgang ermittelt werden. Zusätzlich ist es dabei noch möglich, die wichtigsten Komponenten der Bodentextur (Ton,Schluff) aufzutrennen und anschließend quantitativ zu bestimmen. Die K-Desorptionscharakteristik gibt dabei noch Aufschluß über die Mineralzusammensetzung des Tonanteils im Boden, weil die K-Mengen von der Bindung an diese Minerale abhängig sind. Für praktische Zwecke kann diese Ermittlung der Mineralzusammensetzung des Tonanteils kostspielige röntgenographische Untersuchungen ersetzen, Der Verlauf der Ca-Desorptionskurven charakterisiert die Art der Humuskomponenten im Boden, weil die jeweils gewonnenen Ca-Mengen von der Bindung an diese Substanzen abhängig sind.
• Die mit dem Verfahren erzielte Nährstofffraktionierung entspricht den tatsächlich im Boden verlaufenden Prozessen der Nährstoffanlieferung an die Pflanzenwurzel. Damit ist das Verfahren im Vergleich zu herkömmlichen Techniken sehr universal, d.h. es eignet sich für die verschiedensten Bodenarten und -typen einschl. unbekannter Standort, deren Nährstoffzustand mit herkömmlichen Methoden nur unvollkommen erfaßt wird. Im Rahmen der Bemühungen um Produktionssteigerung, insbesondere in den Entwicklungsländern, hat gerade hier das Verfahren große Zukunftsaussichten insofern, als dadurch ermittelt werden kann, welche Düngungsmethode zweckmäßig ist. Prinzipiell kann die Technik auch benutzt werden, um Nährstofffraktionierung im pflanzlichen Material und in Düngemitteln durchzuführen.
• Schließlich sei noch betont, daß bei der Elektro-Ultrafiltration den natürlichen Verhältnissen entsprechend keine Chemikalien verwendet werden, sondern nur Wasser4 Die bei Ablauf des Verfahrens entstehenden Stromkosten pro Analyse betragen weniger als einen Pfennig, bei einem angesetzten Preis von 10 Pfennig/k#ni.

Claims (2)

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Elektro-Ultrafiltergerät insbes. zur Bodenuntersuchung, dadurch gekennzeichnet, daß das an sich bekannte Gerät mit einem an sich bekannten Potentiometer in der Weise verbunden ist, daß die Betriebsspannung zum Entziehen der Nährionen sich nach jedem der sich aneinanderreihenden bestimmten Zeitabschnitte sprunghaft erhöht.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Umschalten der Spannung zu bestimmten Zeiten als auch das Schließen und Öffnen der Hähne (11, 12, 17, 18) und Auswechseln der Auffangbehälter (19, 20) mit den Fraktionen in bestimmten Zeitintervallen mechanisch oder elektrisch erfolgt.

30 Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) ein Rührwerk enthält.

L e e r s e i t e