Projekt 11297/01

Entwicklung eines Nitrat-Monitoring-Systems

ProjekttrÀger

UMS Umweltanalytische Mess-Systeme GmbH
Gmunderstr. 37
81379 MĂŒnchenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Bestimmung des Nitratgehaltes in Boden- bzw. Grundwasserproben wird zur Zeit manuell in Laborversuchen mittels HPLC und Gaschromatographie durchgefĂŒhrt. Diese konventionellen Verfahren sind, bedingt durch die komplexe LaborausrĂŒstung und das notwendige qualifizierte Laborpersonal, sehr kostenintensiv. Weiterhin können durch die verfahrensbedingte Bildung von Mittelwerten aus Messdaten keine Spitzenwerte erfasst werden. Aufgrund dieser Nachteile von konventionellen Nitrat-Messverfahren erfolgt hĂ€ufig eine Über- bzw. UnterdĂŒngung von AckerflĂ€chen, die entsprechend zu Grundwasserproblemen bzw. vermindertem Wachstum der Nutzpflanzen fĂŒhrt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Produktfamilie fĂŒr teil- und vollautomatisch betreibbare Nitrat-Monitoringsysteme, die zur Messung des Nitratgehaltes in der ungesĂ€ttigten Bodenzone eingesetzt werden können. Das kostengĂŒnstige, modulare System soll die Probenentnahme aus dem Boden, die Bestimmung des Nitratgehaltes sowie die Anzeige und Übertragung von Messwerten ausfĂŒhren. Das System soll auch von ungeschultem Personal bedient werden können. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einer ersten Projektstufe wurden Voruntersuchungen zur Charakterisierung und Auswahl geeigneter Nitratsensoren sowie zur Erhöhung der Lebensdauer von Kalibrierlösungen durchgefĂŒhrt. Hierzu wurde eine geeignete Testumgebung aufgebaut sowie ausgedehnte Laborversuche durchgefĂŒhrt. Aufbauend auf den Ergebnissen der Laborversuche und einer Marktanalyse wurde ein Systemkonzept fĂŒr das Nitrat-Monitoringsystem erstellt. Im Anschluss erfolgte der Aufbau von Hard- und Software sowie mechanischen Komponenten fĂŒr ein Sensor-Funktionsmuster, das mittels automatischer Kalibration auf eine Genauigkeit von . Weiterhin wurde ein Modul zur kabellosen Übertragung der Messdaten eingebaut. Nach Abschluss der Testphase wurde in einer Marktstudie untersucht, inwieweit das modulare Monitoring-system als Basis fĂŒr Messungen von weiteren bodenrelevanten Verbindungen, wie z. B. Chlorid, Sauerstoff oder Bromiden eingesetzt werden sollte. Ergebnis war, dass die Erfassung von Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff, LeitfĂ€higkeit, Sauerstoff und Bromid erwĂŒnscht ist. Ergebnisse und Diskussion Im Rahmen dieses Projektes konnte ein zuverlĂ€ssiges Messsystem entwickelt werden, das fĂŒr wissenschaftliche Anwendungen eingesetzt werden kann. Dieses System ermöglicht die langfristige Beobachtung der Nitrat-Werte im Boden ohne hohen personellen vor Ort Aufwand. Die Ergebnisse können per DatenfernĂŒbertragung zu den betreuenden LandwirtschaftsĂ€mtern oder landwirtschaftlichen Beratern auf deren Computer ĂŒbertragen werden. Eine Umweltentlastung entsteht anschließend durch die Nitrat-optimierte Beratung der betreffenden Landwirte durch aufzeigen entsprechender Bewirtschaftungsmaßnahmen. Ebenfalls konnten im Rahmen dieses Projektes Erfahrungen im Bereich der Probengewinnung und Probenlagerung gesammelt werden, welche die Nutzung konventioneller Nitrat-Messsysteme fĂŒr bodenhydrologische Untersuchungen ermöglichen. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Auf folgenden Veranstaltungen wurde bereits auf unser Nitrat-Monitoring-System hingewiesen: - 28. IAHR-Kongress: Sustainable Water Resources Management - 22.-27.08.1999, Graz - Jahrestagung der deutschen bodenkundlichen Gesellschaft, 1999 in Hannover - ACHEMA 2000, Internationales Treffen fĂŒr Chemische Technik, Umweltschutz und Biotechnologie, 22.-27.05.2000, Frankfurt am Main - Bodenschutztage Baden-WĂŒrttemberg vom 27.-29.01.2000, Hohenheim - Ausstellung auf der 9. Gumpensteiner Lysimetertagung 24.-25.04.2001, Irdning - Ausstellung auf dem Kongress der International Association of Hydrogeologists, GSF Neuherberg, 10-14.09.2001 Fazit Als Ergebnis wurde ein System aufgebaut, das einen Nitrat- und Temperatursensor enthĂ€lt und ohne weiteres auf zusĂ€tzliche Parameter erweitert werden kann. HierfĂŒr sind SensorplĂ€tze fĂŒr LeitfĂ€higkeit-, pH-Wert und Redoxpotentialsensoren bereits im System vorgesehen. Um das aufgebaute System auf die geforderten QualitĂ€tskriterien hin zu testen, wurden verschiedene Versuche durchgefĂŒhrt. Des Weiteren wurden Testreihen unter Laborbedingungen durchgefĂŒhrt, wobei mehrere Probenstellen simuliert und nacheinander gemessen wurden (Multiplexen). Durch den Einsatz von Bodenlösungen wurde schließlich die Tauglichkeit unter realen Bedingungen getestet.Die gewonnenen Erkenntnisse dienen dazu, Interessenten ein modulares Freilandmesssystem zur Ver-fĂŒgung zu stellen, sowie der zusĂ€tzlichen Integration weiterer Parameter, die simultan zum Nitratgehalt gemessen werden können.

Übersicht

Telefon

089/126652-0

Telefon

089/126652-0

Bundesland

Bayern

Fördersumme

226.335,62 €

Förderzeitraum

28.09.1998 - 31.12.2001

Internet

www.ums-muc.de