Bionit® Umweltaspekte Artikel 1

Ammoniak- und Geruchsemissionen sowie Gülleeigenschaften beim Einsatz von BENTONIT in der Fütterung

 

Günter Hörnig und Meno Türk¹

¹Prof. Dr. sc. techn. G. Hörnig, Dr.-Ing. habil. M. Türk, Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim, Max-Eyth-Allee 100, D-14469 Potsdam

 

Quelle:
Bau und Technik in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung
Beiträge zur 2. Internationalen Tagung
vom 14. + 15.03.1995 in Potsdam
Seiten 173-180
Institut für Agrartechnik Bornim e.V. Humboldt-Universität Berlin

 

Anm.:  FENA®-MINist ein Warenzeichen der Süd-Chemie AG und bezeichnet den Futterzusatz Bentonit-Montmorillonit E558, der auch unter Bezeichnung BIONIT® vertrieben wird.

 

Einleitung

Die Tierhaltung ist wegen ihrer Einwirkungen auf die Umwelt Gegenstand des öffent­lichen Interesses. So stammen 80 % der weltweiten Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung. Methan und Lachgas sind am anthropogenen Treibhauseffekt beteiligt. Gerüche aus der Tierhaltung verursachen Nachbarschaftsprobleme. Schließlich führen überschüssige Pflanzennährstoffe zur Eutrophierung der ober- und unterirdischen Ge­wässer.
Eine Möglichkeit, auf solche Umweltbelastungen Einfluß zu nehmen, besteht im Ein­satz von Futter- und Güllezusatzstoffen. Dabei ist hinsichtlich des Anwendungsumfan­ges der mineralische Zusatz BENTONIT in den Vordergrund getreten.
Bentonit ist ein natürlich vorkommender Rohstoff. Hauptbestandteil und maßgebend für seine Eigenschaften ist das Tomnineral MONTMORILLONIT. Der Kristallaufbau beruht auf der schichtweisen Anordnung von Aluminiumhydrosilikat. Zwischen den Silikatschichten befinden sich austauschfähige Kationen. Aus diesem Aufbau resultie­ren solch wichtige Eigenschaften wie Kationenaustausch, Oberflächenadsorption und enorme Quellfähigkeit (SCHWARZ, 1989).

 

Mit der Verabreichung von Bentonit über das Futter sollen - bei Nutzung vorgenannter Eigenschaften - folgende Kenngrößen beeinflußt werden:

• das Verhältnis von Ammonium- zu Gesamtstickstoff der Gülle
• die Ammoniak- und Geruchsstoffkonzentration in der Stallluft
• die Ammoniak- und Geruchsemissionsströme aus dem Stall
• die Homogenität und Fließfähigkeit der Gülle

 

Material und Methoden

Die Untersuchungen erfolgten im Labor und in Ställen. Voruntersuchungen befaßten sich mit der Suche nach einem geeigneten NH₃-Meßverfahren. Zwischen den Meß­werten der üblichen Indikatorröhrchen und der naßchemischen Methode bestanden große Abweichungen. Dagegen wurde gute Übereinstimmung zwischen der naßchemi­schen Methode und dem Multigasmonitor 1302 der Fa. Brüel & Kjraer erreicht (photoakustische Infrarotspektroskopie; Abb. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Für vergleichende Untersuchungen standen mehrere Geräte zur Verfügung. Die Filter unserer eigenen Multigasmonitore wurden entsprechend den in Ställen hauptsächlich auftretenden Gasen ausgewählt: Ammoniak, Kohlendioxid, Lachgas, Methan und Essigsäure (Kompost!). Das Spurengas SF6 dient Luftwechselmessungen.
Vergleichende Messungen erfolgten im Labor und in Ställen. Abb. 2 zeigt beispielhaft Ergebnisse aus dem Schweinemaststall. Abgesehen von der Anlaufphase besteht insge­samt gute Übereinstimmung bei den Konzentrationen von NH₃, was gleichermaßen auf CO₂ und H₂O zutrifft.
Schlußfolgernd kann zur photoakustischen Infrarotspektroskopie festgestellt werden:

• Der Multigasmonitor zeigt gute Übereinstimung zur naßchemischen Methode
• Bei relativen Vergleichen (ein und dasselbe Gerät bei verschiedenen Emissionsvari­anten) ist der Monitor mit ausreichender Genauigkeit einsetzbar. Die Möglichkeit der Verlaufsmessung, leichte Bedienbarkeit und Mobilität sind Vorteile des M 1302 (siehe dazu auch ROM, 1994)
• Soll für Bilanzierungszwecke die Genauigkeit weiter erhöht werden, muß die FTIR­Methode angewendet werden

 

Abb.2: Vergleich zweier Multigasmonitore M 1302

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zur Inhaltsstoffbestimmung wurden herkömmliche analytische Methoden genutzt. Die Geruchsstoffbestimmung erfolgte mit dem Olfaktometer T06. Zur Untersuchung der Fließfähigkeit wurde ein spezielles Rotationsviskosimeter für grobdisperse Suspensionen eingesetzt.

 

Laborversuche

Im Labor wurde Gülle oder Kot und Harn (zu Gülle vermischt) mit und ohne BENTONIT - Zusatz in 30 Liter-Behältern untersucht. An die Tiere war ein Natriumbentonit (Produktbezeichnung FENAMIN) mit 70% igem Montmorillonitanteil verfüttert
worden, und zwar

• 2 % zum Alleinfutter für Mastschweine
• 100 g je Kuh und Tag bei Milchkühen

 

Ammonium (NH₄) und Ammoniak (NH₃) stehen über den pH-Wert in Wechselwirkung. Bei wäßriger Lösung nimmt über pH = 7 die Ammoniakverflüchtigung rasch zu, bei
pH = 9,25 liegen Ammonium und Ammoniak gleichverteilt vor. Bei Gülle ist jedoch auch bei pH-Werten unter 7,0 eine NH₃-Emission festzustellen.

Das Verhältnis des Ammonium- zum Gesamtstickstoff gibt Auskunft über die Bindung des Stickstoffs als Ammonium (Tab. 1). Es war bei nahezu gleichen TS-Gehalten und etwas höheren pH-Werten in der Gülle mit Bentonit größer als in den Kontrollproben, was auf eine geringere Ammoniakverflüchtigung hinweist.
Entsprechend verhielt sich die NH₃-Emission bei den Behälterversuchen, d. h. niedrigere Emissionen bei Schweine- und Rindergülle mit BENTONIT.

Zur Inhaltsstoffbestimmung wurden herkömmliche analytische Methoden genutzt. Die Geruchsstoffbestimmung erfolgte mit dem Olfaktometer TO6. Zur Untersuchung der Fließfähigkeit wurde ein spezielles Rotationsviskosimeter für grobdisperse Suspensionen eingesetzt.

 

Tabelle 1: Ammonium- und Gesamtstickstoffverhältnis von Rindergülle bei Verfütterung von BENTONIT (FENAMlN)

Meßtag	Zusatz	TS %	pH-Wert	NH4-N/Nges
1. Tag	FENAMIN	8,14	8,14	0,4789
	ohne	8,36	8,33	0,4147
	FENAMIN	11,50	8,28	0,4249
	ohne	11,04	8,16	0,3649
7. Tag	FENAMIN	7,18	8,57	0,8273
	ohne	7,47	8,28	0,7483
	FENAMIN	10,86	7,30	0,6068
	ohne	10,73	7,12	0,4950

Zur Bestimmung des Fließverhaltens wurden trockensubstanzreiche Proben stufen­weise verdünnt, um das Fließverhalten TS-abhängig quantifizieren zu können. Die aufgenommenen Fließkurven werden im Beispiel der Abb. 3 vom OSTWALD-DE WAELE - Potenzgesetz beschrieben, dessen Fließparameter k und n in Abhängigkeit vom TS-Gehalt bestimmt wurden. Hohe Schubspannungen bedeuten geringere Fließ­fähigkeit, niedrige bedeuten dementsprechend bessere Fließfähigkeit. Das Fließverhal­ten wird bei Schweinegülle durch BENTONIT-Zusatz im Futter nicht signifikant ver­ändert. Bei Rindergülle war dagegen eine gravierende Viskositätsminderung, d. h. Verbesserung der Fließfähigkeit zu beobachten.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Praxisversuche

Der Versuch wurde in einem Vormaststall mit zwei nahezu identischen Abteilen durchgeführt. Separate Flüssigfutterringleitungen ermöglichten die BENTONIT - Verabreichung im Versuchsabteil VI. Die Lufträume der beiden Abteile sind voneinander getrennt. Jeweils drei Abluftschächte mit temperaturabhängig geregelten Ventilatoren sorgen für die Entlüftung.
Abteil VI hat Teilspaltenboden, Kontrollabteil V2 hat Vollspaltenboden. BENTONIT wurde im stärker verschmutzten Abteil VI eingesetzt, um so die Wirkungen besser verdeutlichen zu können. 367 Tiere wurden in das Versuchsabteil VI eingestallt, zwei Wochen später 390 Tiere in V2.
Je Abteil wurden an fünf Meßtagen die Ammoniak- und Geruchsstoffkonzentrationen, die Abluftvolumenströme, Temperaturen und Feuchte bestimmt. Die Meßpunkte lagen an den Abluftschächten. Für die Ventilatoren fehlten die Kennlinien. Deshalb wurden alle V-Meßwerte in Relation zu der vom Klimacomputer ausgewiesenen relativen Lüfterleistung (in %) gesetzt (Abb. 4). Die Werte der Regressionsgeraden wurden für die Berechnung der Emissionsströme benutzt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die NH₃-Emissionsströme als Produkt aus Konzentrationen und Abluftvolumenströ­me liegen im Bereich von 2,1 bis 3,3 g/h·GV (Abb. 5), was gut mit Angaben aus der Literatur für ähnliche Verhältnisse übereinstimmt (OLDENBURG, 1989). Über die Versuchsdauer ergab sich eine um 10 bis 33 % niedrigere Emission im Versuchsabteil mit BENTONIT-Verfütterung. Diese Differenz beträgt rd. 20 %, wenn die direkt vergleichbare Zeit von 33 Tagen zugrundegelegt wird.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Geruchsemissionsströme liegen zwischen 19 GE/s·GV und 58 GE/s·GV (Abb. 6). Verglichen mit dem von OLDENBURG (1989) bestimmten Mittelwert von 50 GE/s·GV für einstreulos gehaltene Mastschweine liegt der Emissionsstrom teilweise wesentlich niedriger. Im Versuchsabteil mit BENTONIT -Verfütterung erreicht der Emissions­strom 26 und 37 % geringere Werte als im Kontrollabteil.
Dieses Ergebnis ist insofern interessant, weil infolge des Teilspaltenbodens im Abteil VI der Anteil stark verschmutzter und damit stärker emittierender Flächen größer war als im Kontrollabteil V2, demnach eine höhere Emission zu erwarten war.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Die Unterschiede im Verhältnis Ammonium- zu Gesamtstickstoff von Gülleproben aus Kanälen der Abteile VI und V2 unterstreichen diese Ergebnisse. Bei nahezu gleichen TS-Gehalten und trotz etwas höherem pH-Wert liegt der Ammoniumanteil in der Gülle der mit FENAMIN gefütterten Tiere über dem in der Kontrollgruppe (HÖRNIG et al., 1994).
Ergänzend sei hier mitgeteilt, dass auch zum Stoffwechsel der Tiere bei Verfütterung von BENTONIT Untersuchungen angestellt wurden. Dabei deuten sich positive Wirkungen an, wie z. B. eine Senkung der Blutharnstoffwerte der Mastschweine oder eine Leberentlastung sowie puffernde Wirkung im Säure-Basen-Haushalt von Milchkühen. Das leberspezifische Enzym GIDH (Glutamat-Dehydrogenase) zeigte über die Ver­suchsdauer deutliche Unterschiede in der Versuchs- und Kontrollgruppe. Die geringeren GIDH-Werte in der "BENTONIT-Gruppe" deuten auf eine Milderung der im Tierbestand vorhandenen Leberbelastungen, so dass die Enzymaktivität im physiologischen Bereich blieb.

 

Schlußfolgerungen

Der Anwender von Futterzusätzen stellt hohe Anforderungen an die zum Einsatz vorgesehenen Produkte: Verbesserung der Stallluft für die Tiere, Vermeidung von Geruchsbelästigungen, Vermeidung von Sink- und Schwimmschichten in Güllekanälen und -behältern, aber auch Förderung von Tiergesundheit und -leistung. Die durchgeführten Arbeiten zeigen, dass solch komplexe Wirkungen von einem Futterzusatzstoff nicht erfüllt werden können. Sie weisen aber nach, dass durch die Verfütterung von BENTONIT (FENAMIN) eine umweltrelevante Reduzierung der Ammoniak- und Geruchsemissionen erreicht wird. Die Fließeigenschaften werden je nach Gülleart und TS-Gehalt differenziert verändert, und der Stoffwechselhaushalt von Schweinen und Rindern ist in Einze1parametern positiv beeinflussbar.
Weitere Untersuchungen sind erforderlich und vorgesehen.

 

Literatur

HÖRNIG, G.; TÜRK, M. & MÜLLER, H.-J. (1994): Zur Wirkung von Futter- und Güllezusatzstoffen auf die Emission von Schadgasen und Geruchsstoffen ... Forschungsbericht des ATB, Nr. 1994/1.

OLDENBURG, J. (1989): Geruchs- und Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung. KTBL-Schrift 333, Darmstadt.

ROM, H. B. (1994): Evaluationofphotoacoustic anunonia dedection in live stock buil­dings. Report Nr. 94-C-032, AgEng '94, Mailand.

SCHWARZ, TH. (1989): Bentonit - mehr als ein inerter pharmazeutischer Hilfsstoff. Beiträge zur Wirkstoffforschung, H. 34; Institut für Wirkstoffforschung Ber­lin.