AT392268B - Verfahren zur herstellung eines duengers aus bakterienbiomasse und dessen anwendung als organischer spezialduenger - Google Patents
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Description
AT 392 268 B
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Düngers aus Bakterienbiomasse und dessen Anwendung als organischer Spezialdünger. Diese mikrobielle Biomasse entsteht durch Nachfermentation organischer Abfälle, die sich vorzugsweise aus extrahierten Kulturfiltraten der Antibiotikafermentation und Bakterienschlamm der Proteasefermentation zusammensetzen. Der Dünger ist besonders für Forstkulturen, Rekultivierungen und zur Almweideverbesserung, aber auch für landwirtschaftliche Feldfrüchte, geeignet
Dieser Dünger aus Bakterienbiomasse besteht im wesentlichen aus mikrobieller Biomasse, aus FeClSC^ und aus Kalimagnesia, das der Ergänzung mit Kali und Magnesium dient
Die Möglichkeit der Verwertung von Abfallprodukten aus der Penicillinfermentation zur Herstellung verschiedener Produkte wird in der Literatur beschrieben. Bereits 1951 wird in der BE-PS 505 453 ein Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln beschrieben, bei dem Abfallprodukte aus der Penicillinfermentation, welche auf Zellulose stark fermentierend wirken, zur Kompostherstellung verwendet werden. In der DD-PS 139 083 wird ein Verfahren zur Herstellung eines penicillinfreien Myzeltrockenproduktes, das als Futtermittelzusatz, Düngemittel oder Stickstoffquelle für Fermentationsprozesse dienen kann, beschrieben, bei dem das Myzel in Wasser suspendiert wird, worauf diese Suspension mit Mineralsäure auf einen pH-Wert von > 5 gebracht wird. Danach wird diese wäßrige Myzelsuspension der Zerstäubungstrocknung bei 150-300°C unterworfen. In der EP-PS 60 407 wird ein Verfahren zur Herstellung von penicillinfreien Mycelmassen aus Penicillinproduktionskulturen (= Naßmyzel) beschrieben, worin das vorhandene Restpenicillin dadurch entfernt wird, daß das Naßmyzel einer anaeroben Milchsäuregärung unter Verwendung penicilliniesistenter Lactobazillen unterworfen wird. Eine weitere Verwendungsmöglichkeit von Abfallprodukten aus der Penicillinfermentation wird in der GB-PS 649 818 beschrieben. Hier werden die festen Fermentationsrückstände Nährmedien zugesetzt, um beispielsweise Vitamin B12 oder Riboflavin zu produzieren. Bekannt ist die aus der Penicillinfermentation abgeleitete Herstellung von Futtermittelzusätzen. So beschreibt die US-PS 3928 642 eine Methode, bei welcher Myzelabfälle aus der Penicillinproduktion unter Druck auf 140 bis 200 °C erhitzt und anschließend getrocknet werden, um als Futtermittelzusatz Verwendung zu finden.
Die Verwendung von Abwässern bzw. Klärschlamm verschiedenster Herkunft und Zusammensetzung für die Herstellung von Düngemitteln wird weltweit praktiziert. Es gibt eine große Anzahl von Patenten und Patentanmeldungen, die die Aufbereitung von Abwässern und Klärschlämmen zum Inhalt haben. Ein besonderes Problem stellt hier wiederum die Beseitigung der aus dem Abwasser entfernten Schadstoffe dar, die im allgemeinen im sogenannten Klärschlamm angereichert werden. Dieses Problem wird beispielsweise in der DE-OS 2617 964 dadurch gelöst, daß der Klärschlamm mit gebranntem Kalk vermischt wird, wonach dieses Gemisch als Volldünger verwendet werden kann. Der Einsatz von Bakterien zum Abbau von Abwasserprodukten ist bekannt So wird in der JP KOKAI 61/40 886 beschrieben, daß ein organisches Düngemittel durch Fermentation von pflanzlichen Abfällen, einem rohen Abwasserkuchen und Sägespänen mit aeroben Baikterien hergestellt wird. Eine Möglichkeit, die Abwässer der biochemischen und da1 erdölverarbeitenden Industrie zu verwerten, wird in der JP KOKAI 70/14 091 beschrieben. Hier werden die für die Düngemittelherstellung bestimmten fotosynthetischen Bakterien in Lösungen kultiviert, welche diverse organische Salze, Natriumsalze niedriger Fettsäuren, sowie Abwässer der o. a. Industrien enthalten.
Im Unterschied zu organischen Abfällen, wie Klärschlämmen kommunaler Abwasserreinigungsanlagen oder Müllkomposte, ist der erfindungsgemäße, durch Nachfermentation gewonnene Bakterienschlamm in Bezug auf Hygiene und Schwermetalle völlig unbedenklich. Dadurch, daß die zur Nachfermentation eingesetzten Rohstoffe aus sterilen Verfahren stammen, besteht nicht die Gefahr der Kontamination durch pathogene oder Male Keime. Zur Fermentation der Wirkstoffe (Antibiotika, Protease) werden nur hochwertige Rohstoffe (z. B. Sojamehl, verschiedene Zuckerarten, Spurenelemente und Vitamine) eingesetzt Dadurch bedingt weisen auch die in der Nachfermentation entstehenden Bakterienbiomassen keine unzulässigen Gehalte an Schwermetallen auf. Ein weiterer Vorteil des Bakterienbiomassedfingers ist der hohe Nährstoffgehalt, er liegt um ein Mehrfaches über den Werten kommunaler Klärschlämme und Müllkomposte.
Die besondere Eigenschaft des Bäkterienbiomassedüngers ist in der Wirkung auf die Mikroorganismen und auf die Kleinsttierchen des Bodens zu sehen. So zeigt sich, daß unter Laborbedingungen die Atmungsaktivität der Bakterien und Pilze erheblich gesteigert wird, nach 21 Tagen ist die Aktivität noch immer mehr als doppelt so hoch wie in der ungedüngten Kontrolle. Im Freiland hält die Wirkung länger als ein Jahr an, wie entsprechende Versuche zeigten. Auch die Kleinsttierchen werden mit dem Dünger aus Bakterienbiomasse stärker gefördert als mit Mineraldünger. Die Zahl der Nematoden liegt um den Faktor 4 höher als nach Mineraldüngung und um den Faktor 200 höher als auf der Fläche ohne Düngung.
Eine gute Einsatzmöglichkeit für den Dünger aus Bakterienbiomasse ist auf Almweiden gegeben. Es geht dabei um den Ersatz wirtschaftseigener Dünger wie Stallmist, Jauche oder Gülle. Diese können nur in der Nähe der Almgebäude ausgebracht werden. Ein getrockneter Dünger aus Bakterienbiomasse ist bereit zum Transport und kann daher auch in schwer zugänglichem Gelände verwendet werden.
Weiters kann der Bakterienbiomassedünger auch zur Revitalisierung von Forstkulturen, insbesondere von Fichtenkulturen, eingesetzt werden, die durch falsche Bewirtschaftung und/oder Umweltbelastung in ihrer Vitalität eingeschränkt sind. Große Teile unserer Wälder sind durch Monokultur, Waldweide, Streunutzung und in den letzten Jahrzehnten vor allem durch den Eintrag von Schadstoffen in ihrer Vitalität beeinträchtigt. Unter dem Begriff "Waldsterben" wird die Gesamtheit aller Vitalitätsbeeinträchtigungen zusammengefaßt. Die Ursachen für -2-
AT 392 268 B das Waldstraben sind vielfältig. Ein exaktrar wissenschaftlicher Nachweis, daß ein bestimmter Schadstoff oder eine spezielle Bewirtschaftungsweise als alleinige Ursachen angeführt werden kann, ist bisher noch nicht gelungen. Auch das Klima (Trockenheit, Frost usw.) wird häufig als auslösender Faktor genannt. Große Bedeutung kommt dem Nitrateintrag zu, bis zu 50 kg/ha werden auf ungünstig exponierten Flächen gemessen. Selbstverständlich kommt damit der komplette Nährstoffhaushalt im Boden in Unordnung. Ein Stickstoffüberangebot führt letztlich zu einer Mobilisierung aller übrigen Nährstoffe und damit je nach Standort früher oder später zur Erschöpfung einzelner Nähreiranente. Unbestritten ist die Mangeltheorie beim Magnesium, durch Düngung konnte in allen Fällen eine Besserung des Gesundheitszustandes erreicht werden. Eine weitere wesentliche Ursache für das Waldsterben ist in der zunehmenden Versauerung des Waldbodens zu sehen. Dafür ist unbestritten der Eintrag von Schwefel und Nitrat verantwortlich. Die Folge ist eine verstärkte Auswaschung von Calzium, Magnesium und Kalium. Außerdem werden die Lebensbedingungen für die Bodenbakterien und Bodenpilze verschlechtert. Auch Oxidantien werden als Schadensursache angesehen. Obwohl es bisher nicht möglich war, einen exakten Nachweis zu führen, so spricht doch sehr viel für eine Beteiligung von Ozon am schlechten Gesundheitszustand des Waldes. In letzter Zeit werden zunehmend auch biologische und epidemieologische Faktoren in Betracht gezogen. Die Anhäufung von Rohhumus läßt zumindest auf eine reduzierte Aktivität der Mikroorganismen und Kleinsttierchen schließen. Dadurch bedingt, kommt es schließlich zu einer Unterbrechung des Nährstoff-Kreislaufes. Der durch Auswaschung verursachte Nährstoffmangel wird also verstärkt. Ein Wald wird nur dann gesund und vital sein, wenn keine Schadstoffe eingetragen werden und der Boden alle Nährstoffe in ausreichender Menge enthält. Weiters ist eine dynamische Bodenflora erforderlich, erst dadurch werden die Nährstoffe entsprechend umgesetzt. Bekanntlich ist die Symbiose zwischen Mykorrhizapilz und Pflanzenwurzel für Waldbäume von essentieller Bedeutung.
Die Herstellung des Bakterienbiomassedüngers kann beispielsweise folgendermassen erfolgen: Das extrahierte Kulturfiltrat aus der Antibiotikafermentation (beispielsweise Penicillin) wird durch Zugabe von Kalklauge neutralisiert und in einem Rührfermenter einer Nachfermentation unterzogen. Als weitere Nährstoffquelle wird der Bakterienschlamm aus der Proteasefermentation zugeführt. Die im Fermenter vorhandene Bakterienpopulation verwertet die schnell verfügbaren Nährstoffe und bildet daraus Bakterienbiomasse. Während des Fermentationsprozesses wird die Temperatur konstant auf 30 °C gehalten und Sauerstoff durch regelmäßige Belüftung (pro Stunde 7 m^ je m^ Fermentervolumen) eingetragen. Nach einer Verweildauer von 20 bis 24 Stunden wird durch Zugäbe von FeClSC^ (5 bis 10141%ig/m^) eine Ausfüllung der Bakterienbiomasse erreicht, und schließlich erfolgt die Abtrennung am Dekanter. Der feuchte Bakterienschlamm enthält etwa 85 % Restwasser, der Weitertransport zum Trockner kann daher mittels Dickschlammpumpe erfolgen. Im Rotadisc-Trockner (Kontakttrockner) wird der Wassergehalt auf 3-6 % verringert. Dabei wird das Trockengut einer Temperatur von 130 bis 150 °C während einer Verweildauer von 4 bis 8 Stunden ausgesetzt. Im nächsten Schritt wird das feine Pulver in einer Pelettieranlage zu einem Bruchgranulat weiterverarbeitet Dabei werden zum Nährstoffausgleich 6 % Kalimagnesia und als Granulierhilfsmittel 19 % Fett und 5 % Griinsirup eingemischt. Die besten Stundenleistungen werden auf Flachmatrizen erzielt
Zusammensetzung des Bakterienbiomassedüngers:
Der Bakterienbiomassedünger weist im Durchschnitt folgende Zusammensetzung auf:
Trockenmasse 94 % Zink 36 ppm org. Substanz mind. 55 % Mangan 80 ppm Stickstoff, org. gebunden 5,5 % Eisen 64.000 ppm *2°5 4,3 % Blei 4 ppm KjO 3,3 % Cadmium 1 ppm CaO 8,0 % Chrom 12 ppm MgO 1,1 % Kobalt 4 ppm Kupfer 11 Ppm Nickel 4 ppm
Die Analyse zeigt, daß keine Problem-Schwermetalle enthalten sind und der Gehalt an wertbestimmenden Bestandteilen ausreichend ist. Wie bei den meisten organischen Düngern ist auch bei diesem Produkt mit erheblichen Schwankungen zu rechnen, ein Variationskoeffizient von 10 % ist anzunehmen.
In den folgenden Beispielen werden einige Möglichkeiten der Anwendung dieses Bakterienbiomassedüngers gezeigt: -3-
AT 392 268 B
Beispiel 1: Düngung von Almweiden: Weideertag (TS) in dt/ha
Standorte FALKERT Düngungs 1 2 3 Variante ungedüngt BBM* Mineral dünger 1983 15,5 24,9 31,7 1984 18,5 28,8 28,6 1985 17,6 44,6 52,8 1986 19,8 47,2 48,6 X 17,8 36,4 40,4 % 100 204 227 GERLITZE 4 1 2 3 4 Stall mist unged. BBM Mineral dünger Stall mist 17,0 20,0 13,1 9,0 11,8 7,8 39,6 14,2 19,4 24,7 20,8 46,6 17,0 29,5 35,5 25,3 30,8 14,8 19,3 24,0 18,0 173 100 130 162 121 * BBM = Bakterienbiomassedünger 1 = ungedüngt, 2 = BBM-Dünger 750 kg/ha; 3 = Mineraldünger (300 kg Nitramoncal, 100 kg Thomasphosphat, 150 kg Kali-Salz je Hektar); 4 = 191 Stallmist/ha.
Die Versuche zeigen, daß der Bakterienbiomassedünger nach Ergänzung mit Kalimagnesia zur Ertragsverbesserung von Almweiden gut geeignet ist. Der Dünger ist in seiner Wirkung mit Stallmist vergleichbar und hat den zusätzlichen Vorteil, daß die geringe Aufwandsmenge (0.75 t anstatt 19 t) eine Verbringung in abgelegene oder schwer zugängliche Weideflächen erleichtert. Neben einer guten Wirkung auf den Ertrag ist noch die Akzeptanz durch das Weidevieh wichtig. Alle bisherigen Beobachtungen zeigen, daß die mit Bakterienbiomassedünger behandelten Flächen sogar bevorzugt angenommen werden.
Beispiel 2: Düngung von Forstkulturen
Behandlung Kontrolle Mineraldünger BAKTERIENBIOMASSE Parameter 10 g/Gefäß 12 :12 :18 5 g/Pfl. 10 g 20 g 30 g Nadeln (TS in g) 1,36 1,48 1,84 1,69 2,23 1,61 Sproßachsen (TS in g) 1,52 1,59 1,99 1,70 2,00 1,37 Wurzeln (TS in g) 2,91 2,83 3,50 2,90 3,37 2,42 Ausfälle 0 1 0 0 0 1 Terminaltrieb (cm) 1. Jahr 2,58 3,68 6,26 5,38 5,66 5,12 Wurzelhals (mm) 2. Jahr 5,28 5,25 5,80 5,29 5,56 4,85 Anzahl der Seitentriebe 8,8 11,6 10,8 10,9 14,6 11,3 Nadelfkbe 1. Jahr 2,5 2,0 2,3 2,1 1,8 2,0 Nadelfarbe 2. Jahr 1,3 2,4 1,3 U 2,0 2,4 Feinwurzelbesatz 2,0 3,0 1,7 1,9 1,9 2,3 Wurzelveizweigung 2,1 2,7 2,1 2,3 2,1 2,9
Nadelfarbe: 1 = dunkel, 5 = hell; Feinstwurzelbesatz: 1 = stark, 5 = schwach; Wurzelverzweigung: 1 = regelmäßig, intensiv; 5 = unregelmäßig, extensiv. -4-
AT 392 268 B
Beispiel 3: Düngung von Aufforstungskulturen in Hochlagen: Austriebsverhalten nach Standortseinheiten und Dosierungsstufen
Behandlung Anzahl Standort I Mittel Standort Π Anzahl Mittel Kontrolle 27 0,26 45 0,11 Mineraldünger 32 0,875 40 0,43 Bakterienbiomasse 15 g 27 0,89 45 0,44 30 g 33 1,03 39 0,44 60g 31 1,06 41 0,51 100 g 28 0,96 44 0,52
Anmerkungen:
Standort I.....früh, Π.....spät ausapemd
Austriebszustand 0.....Knospen geschlossen, 1.....Knospen sich öffnend bis ca. 1 cm Trieblänge, 2.....Trieb länger als 1 cm
Wenn man die Ergebnisse bei näherungsweiser nährstoffäquivalenter Düngung (10 g Mineraldünger, 20 g Bakterienbiomassedünger) vergleicht, ist die Überlegenheit des organischen Düngers offensichtlich. Während beispielsweise durch den Mineraldünger die Wurzelmasse verringert wird, erhöht sich durch den Bakterienbiomassedünger das Gesamtgewicht um bis zu 20 %. Erhöht wird auch die Anzahl der Seitentriebe, 20 g/Topf bringen beinahe eine Verdoppelung im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle. Der Feinwurzelbesatz und die Wurzelverzweigung werden vor allem gegenüber der Mineraldüngervariante verbessert. Der unter Freilandbedingungen durchgeführte Hochlagenaufforstungsversuch bringt gleichfalls wichtige Argumente für den Dünger aus mikrobieller Biomasse. Auf beiden Standorten wird die Ausbildung der Jahrestriebe beschleunigt
Beispiel 4: Düneung von Schipisten:
Glungezer 1600-1800 m MH, Bodendeckung in Flächenprozenten 1984 1985 Kontrolle 26 28 Bakterienbiomassedünger 63 78 Mineraldünger 68 62
Bakterienbiomassedünger: 1000 kg/ha, Ausbringung im Frühjahr Mineraldünger: 400 kg/ha, N:P:K (13:13:21), Frühjahrsdüngung
Im Unterschied zum Mineraldünger bringt der organische Dünger einen langsameren aber stetigen Anstieg in der Bodendeckung. Bereits im zweiten Jahr wird die Überlegenheit des Bakterienbiomassedüngers deutlich sichtbar.
Beispiel 5: Düngung von Rasenflächen
Monat
Rasenaspekt Mineraldünger 1 = optimal BBM-9 = schlecht Dünger 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6,7 6,8 7,2 6,3 3,0 2,3 2,4 2,5 1,5 1.4 1,9 2,5 5,2 5,7 6,0 5,1 2,4 1,9 2,8 3,3 1.5 1,5 2,4 2,9
Wurzelmasse von 0-5 cm tief, g/m2
Mineraldünger 231,5
Bakterienbiomassedünger 263,7 -5-
Claims (3)
- AT 392 268 B Auf Rasenflächen wird durch Anwendung des BakterienbiomassedQngers auch während der schneefreien Winterzeit und im Frühjahr ein besserer Grünaspekt erreicht. Auch dieser Versuch zeigt, ähnlich wie bei den Forstpflanzen, einen positiven Effekt auf die Wurzelmassebüdung. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung eines Düngers aus Bakterienbiomasse, dadurch gekennzeichnet, daß man das extrahierte Kulturfiltrat aus der Antibiotikafermentation, beispielsweise der Penicillinfermentation, gegebenenfalls nach Zusatz des Bakterienschlamms aus der Proteasefermentation, neutralisiert und einer Nachfermentation, bei der die Temperatur während der Nachfermentation auf 30 °C gehalten und Sauerstoff durch regelmäßige Belüftung eingetragen wird, unterzieht und anschließend durch Zugabe von FeClSC^ die Bakterienbiomasse ausfällt.
- 2. Verfahren zur Düngung von Almweiden, Revitalisierung von Forslkulturen und Düngung landwirtschaftlicher Feldfrüchte, dadurch gekennzeichnet, daß man einen gemäß Anspruch 1 hergestellten Dünger aus mikrobieller Biomasse verwendet
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dünger aus etwa 90 % Bakterienbiomasse und 10 % Kalimagnesia besteht -6-
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