DE29607032U1 - Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditions - Google Patents
Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditionsInfo
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WP95/20WP95/20
Titel: Vorrichtung zur Erfassung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von festen und flüssigen Stoffen unter aeroben BedingungenTitle: Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditions
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von festen und flüssigen Stoffen mit einer manostatisch abgeschlossenen Gerätekonfiguration zur Messung des biochemischen Sauerstoffbedarfs, die ein Reaktionsgefäß, ein Testgefäß zur Sauerstofferzeugung und ein Manometer aufweist.The invention relates to a device for detecting the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances with a manostatically sealed device configuration for measuring the biochemical oxygen demand, which has a reaction vessel, a test vessel for oxygen generation and a manometer.
Die Erfassung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von Stoffen, d.h. die biologische Abbaubarkeit, erfolgt normalerweise durch die Feststellung des biochemischenThe determination of the microbiological degradation behaviour of substances, i.e. biodegradability, is usually carried out by determining the biochemical
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Sauerstoffbedarfs (BSB). Dabei wird der zu untersuchende Stoff mit Mikroorganismen versetzt, die diesen Stoff als Energie- und Kohlenstoffquelle verwenden können. Beim Abbau des Stoffes wird Sauerstoff verbraucht. Der Sauerstoffverbrauch wird gemessen.Oxygen demand (BOD). The substance to be examined is mixed with microorganisms that can use this substance as an energy and carbon source. When the substance is broken down, oxygen is consumed. The oxygen consumption is measured.
Zur Bestimmung des biologischen Sauerstoffbedarfs dient z.B. ein sog. Respirometer. Das Respirometer besteht aus einem Reaktionsgefäß mit einem ein festes Absorptionsmittel enthaltenden Kohlendioxid-Absorptionsgefäß im Kopfraum, einem Testgefäß zur elektrochemischen Sauerstofferzeugung und einem Flüssigkeits-Manometer. Es handelt sich um ein manostatisch geschlossenes System, welches einen konstanten Druck beibehält. Bei biologischen Abbauvorgängen verbrauchen die Mikroorganismen Sauerstoff und produzieren Kohlendioxid. Das enstehende Kohlendioxid wird am festen Absorptionsmittel (z. B. Natronkalk-Pellets) vollständig gebunden. Durch den Sauerstoffverbrauch entsteht ein Unterdruck im Reaktionsgefäß, der über das Flüssigkeits-Manometer mittels eines Kontaktgebers die elektrolytische Sauerstofferzeugung im Testgefäß steuert. Wenn der Ausgangsdruck wieder erreicht ist, wird die Elektrolyse beendet. Der Stromverbrauch wird aufgezeichnet. Der Wert der verbrauchten Sauerstoffmenge ist proportional der Elektrizitätsmenge (auch Ladungsmenge in C). Mit Hilfe dieses Geräts läßt sich der Sauerstoffverbrauch als Funktion der Zeit verfolgen.A so-called respirometer is used, for example, to determine the biological oxygen requirement. The respirometer consists of a reaction vessel with a carbon dioxide absorption vessel containing a solid absorbent in the head space, a test vessel for electrochemical oxygen generation and a liquid manometer. It is a manostatically closed system that maintains a constant pressure. During biological decomposition processes, the microorganisms consume oxygen and produce carbon dioxide. The resulting carbon dioxide is completely bound to the solid absorbent (e.g. soda lime pellets). The oxygen consumption creates a negative pressure in the reaction vessel, which controls the electrolytic oxygen generation in the test vessel via the liquid manometer using a contactor. When the initial pressure is reached again, the electrolysis is stopped. The power consumption is recorded. The value of the amount of oxygen consumed is proportional to the amount of electricity (also the amount of charge in C). This device can be used to track oxygen consumption as a function of time.
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Es ist auch bekannt, zur Absicherung der Meßwerte die Menge des gebildeten Kohlendioxids nach Abschluß der Reaktion zu bestimmen (DE 295 07 428 Ul).It is also known to determine the amount of carbon dioxide formed after completion of the reaction in order to ensure the accuracy of the measured values (DE 295 07 428 Ul).
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß damit das biologische Abbauverhalten nur indirekt über den Sauerstoffverbrauch und nicht über das Stoffwechselendprodukt Kohlendioxid erfolgt und damit nicht die vollständige Abbaubarkeit oder auch Mineralisation eines Stoffs zu CO2 nachgewiesen werden kann. Dieser Respirometer erlaubt in der beschriebenen Ausführung keine analytisch einwandfreie Bestimmung der Mineralisation.The disadvantage of this method is that the biological degradation behavior only occurs indirectly via oxygen consumption and not via the metabolic end product carbon dioxide and thus the complete degradability or mineralization of a substance to CO 2 cannot be proven. This respirometer in the described version does not allow an analytically correct determination of the mineralization.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die dieser Nachteil vermieden wird, die eine kontinuierliche Messung erlaubt und die ausgehend von bekannten Vorrichtungen, leicht und einfach herstellbar ist.The object of the invention is to provide a device which avoids this disadvantage, which allows continuous measurement and which is easy and simple to manufacture based on known devices.
Die Lösung besteht darin, daß im Reaktionsgefäß ein für Kohlendioxid durchlässiges Absorptionsgefäß zur Absorption von Kohlendioxid in einem flüssigen Medium vorgesehen ist mit einer Meßeinrichtung zur kontinuierlichen Bestimmung der Kohlendioxidmenge parallel zur Messung des biochemischen Sauerstoffbedarfs.The solution consists in providing an absorption vessel permeable to carbon dioxide in the reaction vessel for absorbing carbon dioxide in a liquid medium with a measuring device for continuously determining the amount of carbon dioxide in parallel with the measurement of the biochemical oxygen demand.
Mit der erfindunsgemäßen Vorrichtung können also sowohl der Sauerstoffverbrauch als auch die Kohlendioxidproduktion parallel und kontinuierlich erfaßt werden. Mit der CO2-With the device according to the invention, both the oxygen consumption and the carbon dioxide production can be measured in parallel and continuously. With the CO 2 -
Bestimmung werden im Unterschied zum Stand der Technik die das mikrobiologische Abbauverhalten manifestierenden Endparameter kontinuierlich erfaßt. Der im Kohlendioxid enthaltene Kohlenstoff stammt einzig aus der zu prüfenden Substanz. Damit besteht für die Messung nicht nur eine größere Sicherheit, sondern erlaubt auch die Aufstellung einer Kohlenstoffbilanz, da das gebildete Kohlendioxid direkt gemessen wird. Die kontinuierliche Aufzeichnung erlaubt auch eine Automatisierung der Messung bzw. der Aufzeichnung und Auswertung der Meßwerte.In contrast to the state of the art, the end parameters that manifest the microbiological degradation behavior are continuously recorded. The carbon contained in the carbon dioxide comes solely from the substance being tested. This not only makes the measurement more reliable, but also allows a carbon balance to be drawn up, since the carbon dioxide formed is measured directly. The continuous recording also allows the measurement or the recording and evaluation of the measured values to be automated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorteilhafterweise so konzipiert, daß eine bekannte, käuflich erwerbliche Vorrichtung, nämlich das sog. Respirometer mit einfachen Mitteln umzurüsten ist.The device according to the invention is advantageously designed in such a way that a known, commercially available device, namely the so-called respirometer, can be converted using simple means.
Als Meßeinrichtung kann z. B. eine Leitfähigkeitselektrode zur kontinuierlichen konduktometrischen Bestimmung der Kohlendioxidmenge über die Leitfähigkeitsänderung einer das Kohlendioxid absorbierenden Flüssigkeit dienen. Das Absorptionsgefäß ist z. B. mit einer Hydröxid-Lösung gefüllt und für Kohlendioxid durchlässig. Es enthält außerdem die Leitfähigkeitselektrode, mit der die durch die Absorption von Kohlendioxid verursachte Leitfähigkeitsänderung der Lösung kontinuierlich aufgezeichnet wird.A conductivity electrode can be used as a measuring device for the continuous conductometric determination of the amount of carbon dioxide via the change in conductivity of a liquid absorbing the carbon dioxide. The absorption vessel is filled with a hydroxide solution and is permeable to carbon dioxide. It also contains the conductivity electrode, which continuously records the change in conductivity of the solution caused by the absorption of carbon dioxide.
Die konduktometische Bestimmung nutzt die hohe Absorptionsfähigkeit von Hydroxid-Lösungen bezüglichThe conductometric determination uses the high absorption capacity of hydroxide solutions with respect to
gasförmigem Kohlendioxid. Das entstehende Kohlendioxid wird in der Hydroxid-Lösung aufgefangen. Dadurch ändert sich deren Leitfähigkeit linear bis zu einem pH von 11. Durch vorherige Eichung mit bekannten Mengen von Kohlendioxid kann aus der Änderung der Leitfähigkeit über die Eichkurve die Menge des von der Hydroxid-Lösung aufgenommenen Kohlendioxids bestimmt werden.gaseous carbon dioxide. The resulting carbon dioxide is captured in the hydroxide solution. This causes its conductivity to change linearly up to a pH of 11. By previously calibrating with known amounts of carbon dioxide, the amount of carbon dioxide absorbed by the hydroxide solution can be determined from the change in conductivity via the calibration curve.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous developments arise from the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Figur 1 eine teilweise geschnittene, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figure 1 is a partially sectioned, schematic representation of a device according to the invention;
Figur 2A eine vergrößerte, teilweise geschnittene Darstellung des Reaktionsgefäßes aus Figur 1;Figure 2A is an enlarged, partially sectioned view of the reaction vessel of Figure 1;
Figur 2B eine andere Ausführungsform des Reaktionsgefäßes aus Figur 1;Figure 2B shows another embodiment of the reaction vessel from Figure 1;
Figur 3 eine Eichgerade für die Kohlendioxid-Bestimmung;Figure 3 shows a calibration curve for the determination of carbon dioxide;
Figur 4 eine Darstellung der linearen Beziehung zwischen Leitfähigkeitsänderung und COa-Absorption; undFigure 4 shows the linear relationship between conductivity change and CO a absorption; and
Figur 5 eine grafische Darstellung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Meßwerte.Figure 5 is a graphical representation of the measured values obtainable with the method according to the invention.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 1 ist eine Abwandlung eines Respiroraeters, mit dessen Hilfe sich der Sauerstoffverbrauch als Funktion der Zeit verfolgen läßt. Es handelt sich dabei um eine manostatisch geschlossenes System, welches einen konstanten Druck beibehält. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist, ausgehend vom bekannten Respirometer, ein Reaktionsgefäß, ein Testgefäß zur Sauerstofferzeugung und ein Manometer auf.The device 1 shown schematically in Figure 1 is a modification of a respirometer, with the help of which the oxygen consumption can be tracked as a function of time. It is a manostatically closed system, which maintains a constant pressure. The device 1 according to the invention has, based on the known respirometer, a reaction vessel, a test vessel for oxygen production and a manometer.
Das Reaktionsgefäß ist im Ausführungsbeispiel eine Dreihals-Flasche 2 aus Glas. Im Innenraum 3 der Flasche 2 befinden sich die Probe 4 und ein Magnetrührstab 5.In the example, the reaction vessel is a three-neck bottle 2 made of glass. The sample 4 and a magnetic stirring bar 5 are located in the interior 3 of the bottle 2.
Am Kopf der Flasche 2 sind die Hälse 6, 7, 8 vorgesehen. Die Hälse 6 und 7 besitzen ein Außengewinde 9, 10 (GL 14), während der Hals 8 einen Normflansch 11 aufweist. Der Hals 6 dient zur Entlüftung bzw. zum Druckausgleich und kann mit einem Septum 12 verschlossen sein, um die Entnahme von Proben zu ermöglichen. Der Hals 7 dient der Zufuhr von Sauerstoff. Der Hals 8 weist einen größeren Durchmesser auf. In den Flansch ist gasdicht eine Vorrichtung 13 zur kontinuierlichen Erfassung des produzierten Kohlendioxids eingepaßt. Sie weist ein Absorptionsgefäß 14 auf, das mit einem Kohlendioxidabsorbierenden Medium, zum Beispiel Natriumhydroxid-Lösung 15,The necks 6, 7, 8 are provided on the head of the bottle 2. The necks 6 and 7 have an external thread 9, 10 (GL 14), while the neck 8 has a standard flange 11. The neck 6 is used for venting or pressure equalization and can be closed with a septum 12 to enable samples to be taken. The neck 7 is used to supply oxygen. The neck 8 has a larger diameter. A device 13 for continuously measuring the carbon dioxide produced is fitted in a gas-tight manner into the flange. It has an absorption vessel 14 which is filled with a carbon dioxide-absorbing medium, for example sodium hydroxide solution 15.
gefüllt ist und ferner einen weiteren Magnetrührstab 16 enthält. Der Boden des Absorptionsgefäßes 14 mit dem Magnetrührstab 16 ist so tief in der Flasche 2 angebracht, daß der darin befindliche Magnetrührstab 5 den Magnetrührstab 16 antreiben kann. In die Lösung ragt eine Leitfähigkeitselektrode 17. Sie ist über eine Leitung 18 mit einer Kontrolleinheit 61 verbunden, die die von der Leitfähigkeitselektrode 17 gemessenen Werte registriert. Im Ausführungsbeispiel wurde ein CDC 641 T Leitfähigkeitsmeßzelle mit Temperatursensor und ein CDM 210 Labor-Konduktometer von Radiometer verwendet.is filled and also contains another magnetic stirring rod 16. The bottom of the absorption vessel 14 with the magnetic stirring rod 16 is placed so deep in the bottle 2 that the magnetic stirring rod 5 located therein can drive the magnetic stirring rod 16. A conductivity electrode 17 protrudes into the solution. It is connected via a line 18 to a control unit 61, which records the values measured by the conductivity electrode 17. In the example, a CDC 641 T conductivity measuring cell with temperature sensor and a CDM 210 laboratory conductometer from Radiometer were used.
In Figur 2 ist das Reaktionsgefäß 2 noch einmal vergrößert dargestellt. Das Absorptionsgefäß 14 mit der Leitfähigkeitselektrode 17 ist gasdicht in den Hals 8 der Dreihals-Flasche 2 eingepaßt. Das Absorptionsgefäß 14 weist einen Flansch 19 auf, unterhalb dessen Öffnungen 14' zum Durchtritt des entstehenden Kohlendioxids vorgesehen sind. An der Ober- und Unterseite des Flansches 19 befinden sich je eine Ringdichtung 20, 21. Die untere Ringdichtung 20 sitzt auf dem Rand 8' des Halses 8 auf, während die obere Ringdichtung 21 in eine entsprechende Ausnehmung 23 eines Einsatzes 22 eingepaßt ist. Der Einsatz 22 umgreift mit seinem oberen Teil 24 den Flansch 19 des Absorptionsgefäßes 14 und ragt mit seinem unteren Teil 28 in dieses hinein. Der den Flansch 19 umgreifende Teil 24 weist ein Außengewinde 25 auf, auf das eine Überwurfmutter 26 aufschraubbar ist. Die überwurfmutterIn Figure 2, the reaction vessel 2 is shown again enlarged. The absorption vessel 14 with the conductivity electrode 17 is fitted gas-tight into the neck 8 of the three-neck bottle 2. The absorption vessel 14 has a flange 19, below which openings 14' are provided for the passage of the carbon dioxide produced. There is an annular seal 20, 21 on the top and bottom of the flange 19. The lower annular seal 20 sits on the edge 8' of the neck 8, while the upper annular seal 21 is fitted into a corresponding recess 23 of an insert 22. The insert 22 surrounds the flange 19 of the absorption vessel 14 with its upper part 24 and protrudes into it with its lower part 28. The part 24 that surrounds the flange 19 has an external thread 25 onto which a union nut 26 can be screwed. The union nut
26 wird durch einen Haltering 27 auf ihrer Innenseite am Flansch 11 des Halses 8 der Flasche 2 gehalten.26 is held by a retaining ring 27 on its inside to the flange 11 of the neck 8 of the bottle 2.
Der in die Öffnung 8 ragende Teil 28 des Einsatzes 22 umschließt die Leitfähigkeitselektrode 17, die durch eine Öffnung 28' hindurchtritt. Zur weiteren Abdichtung sind zwei Ringdichtungen 29, 30 vorgesehen. Die Ringdichtungen 29, 30 sitzen in einer Vertiefung 28 " des Teils 28 und werden seitlich gegen die Leifähigkeitselektrode gepreßt.The part 28 of the insert 22 that protrudes into the opening 8 encloses the conductivity electrode 17, which passes through an opening 28'. Two ring seals 29, 30 are provided for further sealing. The ring seals 29, 30 are located in a recess 28" of the part 28 and are pressed laterally against the conductivity electrode.
Die Leitfähigkeitselektrode 17 wird ferner von einer Dichtmaschette umschlossen. Die Dichtmanschette 31 weist einen im wesentlichen konusförmigen oberen Teil 32 mit einem Rand 33 •und einen zylinderförmigen Teil 34 auf, der die Leitfähigkeitselektrode 17 umschließt. Die Außenkontur der Dichtmanschette 31 entspricht also der Innenkontur des Einsatzes 22. Der zylinderförmige Teil 34 preßt zusätzlich die Ringdichtungen 29, 30 gegen die Leitfähigkeitselektrode 17. Auf diese Weise sind sowohl die Leitfähigkeitselektrode 17 als auch das Absorptionsgefäß 14 gasdicht in die Dreihals-Flasche 2 eingepaßt. Durch Austausch des Reaktionsgefäßes kann ein handelsübliches Respirometer zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgerüstet werden.The conductivity electrode 17 is also enclosed by a sealing sleeve. The sealing sleeve 31 has a substantially conical upper part 32 with an edge 33 and a cylindrical part 34 which encloses the conductivity electrode 17. The outer contour of the sealing sleeve 31 therefore corresponds to the inner contour of the insert 22. The cylindrical part 34 also presses the ring seals 29, 30 against the conductivity electrode 17. In this way, both the conductivity electrode 17 and the absorption vessel 14 are fitted in a gas-tight manner into the three-neck bottle 2. By exchanging the reaction vessel, a commercially available respirometer can be converted to the device according to the invention.
Figur 2B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reaktionsgefäßes 2. Der Unterschied liegt in der Ausführung der Abdichtung der Elektrode 17 am Normflansch 11 des HalsesFigure 2B shows another embodiment of a reaction vessel 2. The difference lies in the design of the seal of the electrode 17 on the standard flange 11 of the neck
8. Das Absorptionsgefäß 114 weist nunmehr keinen Flansch, sondern einen gebogenen Rand 119 mit erweitertem Durchmesser auf. Dieser Rand 119 sitzt am unteren Ende des Halses 108 auf, dort wo dieser eine Einschnürung 108' aufweist. Als Resultat braucht nur noch die Elektrode 17 gasdicht abgedichtet zu werden. Eine Abdichtung des Absorptionsgefäßes 114 entfällt. Die Abdichtung erfolgt durch einen Einsatz 124 und einen Schraubkopf 132, zwischen denen eine außenzentrierte Ringdichtung 129 gehalten ist. Der Einsatz 124 weist einen zylinderförmigen Korpus 128 auf, in dessen Boden eine Durchtrittsöffnung 128' für die Elektrode 17 vorgesehen ist, sowie einen Flansch 124', der auf dem Flansch 11 des Halses 108 des Reaktionsgefäßes 2 aufsitzt. An der Innenseite des Korpus 128 befindet sich ein Innengewinde 125, das mit einem Außengewinde 132' des Schraubkopfes 132 korrespondiert. Der Schraubkopf 132 wird in den Korpus 128 eingeschraubt und drückt dabei eine Ringdichtung 129 gegen den Boden des Korpus 128. Die Ringdichtung 129 liegt eng an der Elektrode 17 an und sorgt für eine sichere Abdichtung.8. The absorption vessel 114 no longer has a flange, but a curved edge 119 with an enlarged diameter. This edge 119 sits on the lower end of the neck 108, where it has a constriction 108'. As a result, only the electrode 17 needs to be sealed gas-tight. Sealing of the absorption vessel 114 is no longer necessary. The sealing is achieved by an insert 124 and a screw head 132, between which an externally centered ring seal 129 is held. The insert 124 has a cylindrical body 128, in the bottom of which a passage opening 128' is provided for the electrode 17, and a flange 124', which sits on the flange 11 of the neck 108 of the reaction vessel 2. On the inside of the body 128 there is an internal thread 125, which corresponds to an external thread 132' of the screw head 132. The screw head 132 is screwed into the body 128 and presses a ring seal 129 against the bottom of the body 128. The ring seal 129 lies closely against the electrode 17 and ensures a secure seal.
Zwischen dem Flasch 124' des Einsatzes 124 und dem Flansch 11 des Halses 108 befindet sich eine weitere Ringdichtung 123, die in eine Halterung 123' eingesetzt ist. Diese außenzentrierte Ringdichtung 123 wird mit Hilfe einer Zentriereinheit 126 fest zwischen den beiden Flanschen zusammengepreßt. Die Zentriereinheit 126 besteht aus zwei Ringen 126', 126", die von einem mit einem AußengewindeBetween the flange 124' of the insert 124 and the flange 11 of the neck 108 there is another ring seal 123 which is inserted into a holder 123'. This externally centered ring seal 123 is pressed firmly between the two flanges by means of a centering unit 126. The centering unit 126 consists of two rings 126', 126", which are held together by a
versehenen Abstandhalter 127 in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden. Dieser Abstand kann mit Hilfe von Flügelmuttern 127' verändert werden.are kept at a defined distance from each other by means of spacers 127. This distance can be changed using wing nuts 127'.
Diese Art der Abdichtung ist im Aufbau einfach und auch sicher.This type of sealing is simple to construct and also safe.
Das in Figur 1 dargestellte Testgefäß 40 ist ebenfalls eine Flasche 40, jedoch nur mit einer Öffnung 41. Sie ist mit einer Kupfersulfatlösung 42 gefüllt und enthält ein Elektrolysesystem 43 zur elektrolytischen Produktion von Sauerstoff. Dabei befindet sich die Anode 44 im Zentrum und die Kathode 45 an der Peripherie des Systems 43. Das •Elektrolysesystem 43 ist über eine Schlauchleitung 46 mit dem Hals 7 der Dreihals-Flasche 2 verbunden. Eine weitere Leitung 47 führt zu einem Flüssigkeits-Manometer 50 und eine dritte Leitung 48 (elektrischer Anschluß) zu einer Kontrolleinheit 62, die den Stromverbrauch registriert.The test vessel 40 shown in Figure 1 is also a bottle 40, but only with one opening 41. It is filled with a copper sulfate solution 42 and contains an electrolysis system 43 for the electrolytic production of oxygen. The anode 44 is in the center and the cathode 45 is on the periphery of the system 43. The •electrolysis system 43 is connected to the neck 7 of the three-neck bottle 2 via a hose line 46. Another line 47 leads to a liquid manometer 50 and a third line 48 (electrical connection) to a control unit 62, which records the power consumption.
Der dritte Bestandteil der Vorrichtung ist das Manometer 50 mit vier öffnungen 51 bis 54. Der Innenraum 55 des Manometers 50 ist mit einem Elektrolyten 56 gefüllt. Zwei Elektroden 57, 58 ragen in den Elektrolyten 56 hinein. Die Elektroden 57 und 58 münden in die öffnungen 51 und 52 und sind über Leitungen 59, 60 mit der Kontrolleinheit 62 verbunden. In die Öffnung 53 mündet die Leitung 47 zum Testgefäß 40. Die Öffnung 54 dientThe third component of the device is the manometer 50 with four openings 51 to 54. The interior 55 of the manometer 50 is filled with an electrolyte 56. Two electrodes 57, 58 protrude into the electrolyte 56. The electrodes 57 and 58 open into the openings 51 and 52 and are connected to the control unit 62 via lines 59, 60. The line 47 to the test vessel 40 opens into the opening 53. The opening 54 serves
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zum Druckausgleich; über sie kann auch Elektrolyt nachgefüllt werden.for pressure equalization; electrolyte can also be refilled via it.
Die Kontrolleinheiten 61, 62 sind mit einem Computer verbunden, der die von den Kontrolleinheiten 61, 62 registrierten und gespeicherten Meßwerte auswertet.The control units 61, 62 are connected to a computer which evaluates the measured values recorded and stored by the control units 61, 62.
Das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführbare Verfahren läuft wie folgt ab:The method that can be carried out with the device according to the invention is as follows:
Bei biologischen Abbauvorgängen verbrauchen die Mikroorganismen Sauerstoff und produzieren Kohlendioxid. Durch den Sauerstoffverbrauch entsteht ein Unterdruck im •Reaktionsgefäß 2, der über das Flüssigkeits-Manometer 50 die elektrolytische Sauerstofferzeugung im Testgefäß 40 steuert. Bei Unterdruck steigt der Spiegel des Elektrolyten 56 im Inneren des Manometers 50, bis er in Kontakt mit den Elektroden 57, 58 tritt. Dann wird über die Kontrolleinheit die Elektrolyse im Testgefäß 40 gestartet. Wenn der Ausgangsdruck wieder erreicht ist, sinkt der Flüssigkeitsspiegel im Manometer 50 wieder, und die Elektrolyse wird beendet. Dabei wird 30 s lang ein Strom von 100 mA bei einer Flüssigkeitsmenge im Probegefäß von 250 ml erzeugt. Dadurch wird bei jedem Schaltzyklus eine Sauerstoffmenge eingetragen, die einer Konezentration von mg/L 02 entspricht. Der Wert des benötigten elektrischenDuring biological decomposition processes, the microorganisms consume oxygen and produce carbon dioxide. The oxygen consumption creates a negative pressure in the reaction vessel 2, which controls the electrolytic oxygen production in the test vessel 40 via the liquid manometer 50. When there is a negative pressure, the level of the electrolyte 56 inside the manometer 50 rises until it comes into contact with the electrodes 57, 58. The control unit then starts the electrolysis in the test vessel 40. When the initial pressure is reached again, the liquid level in the manometer 50 drops again and the electrolysis is terminated. A current of 100 mA is generated for 30 s with a liquid quantity of 250 ml in the sample vessel. This means that an amount of oxygen corresponding to a concentration of mg/L 02 is introduced with each switching cycle. The value of the required electrical
Stromes ist proportional der verbrauchten Sauerstoffmenge, die kontinuierlich von der Kontrolleinheit 62 aufgezeichnet wird.current is proportional to the amount of oxygen consumed, which is continuously recorded by the control unit 62.
Zunächst werden zur Erstellung einer Eichgerade definierte Mengen an Kohlendioxid produziert. Entweder wird eine Natriumhydrogenkarbonat-Lösung mittels eines Dosimaten kontinuierlich zu einem Überschuß an Salzsäure zudosiert oder Natriumkarbonat-Pulver wird eingewogen und über ein Septum mittels einer Spritze ein Überschuß an Salzsäure zugegeben. Im Ausführungsbeispiel erwies sich die Zudosierung von Natriumkarbonat-Lösung zu Salzsäure als besonders geeignet. Die besten Werte wurden mit 50 ml 1-molare Natronlauge erzielt, da bei dieser Menge sowohl die Genauigkeit als auch die Aufnahmekapazität zufriedenstellend sind. Die mit dem Computersimulationsprogramm Equil berechnete maximale Aufnahmekapazität von 25 mmol Kohlendioxid ließ sich empirisch bestätigen und ist ausreichend für einen durchschnittlichen Abbauversuch. Die Eichgerade (vgl. Figur 3) wurde mit ingesamt acht temperaturkompensierten Meßwerten erstellt. Als Eichwert ergaben sich 0,214 mmol/(mS/cm) CO2. Dies entspricht 9,42 mg/(mS/cm) CO2. Da die Geräteauflösung 0,1 mS/cm beträgt, entspricht der Eichwert einer Anzeige von 0,942 mg Kohlendioxid. Mehrere mit diesem Eichwert berechnete Probemessungen ergaben im Bereich von 1 mmol Kohlendioxid einen Fehler als weniger von ± 4 % bezüglich der gemäß der Natriumkarbonat-Einwaage zu erwartenden Kohlendioxidmenge. InFirst, defined amounts of carbon dioxide are produced to create a calibration curve. Either a sodium hydrogen carbonate solution is continuously added to an excess of hydrochloric acid using a dosimat, or sodium carbonate powder is weighed out and an excess of hydrochloric acid is added via a septum using a syringe. In the example, adding sodium carbonate solution to hydrochloric acid proved to be particularly suitable. The best values were achieved with 50 ml of 1 molar sodium hydroxide solution, as both the accuracy and the absorption capacity are satisfactory with this amount. The maximum absorption capacity of 25 mmol carbon dioxide calculated using the computer simulation program Equil could be empirically confirmed and is sufficient for an average degradation test. The calibration curve (see Figure 3) was created using a total of eight temperature-compensated measured values. The calibration value was 0.214 mmol/(mS/cm) CO 2 . This corresponds to 9.42 mg/(mS/cm) CO 2 . Since the instrument resolution is 0.1 mS/cm, the calibration value corresponds to a reading of 0.942 mg carbon dioxide. Several test measurements calculated using this calibration value resulted in an error of less than ± 4 % in the range of 1 mmol carbon dioxide with respect to the amount of carbon dioxide to be expected based on the sodium carbonate weight. In
Figur 4 ist die lineare Beziehung zwischen Leitfähigkeitsabnahme und Kohlendioxidproduktion illustriert.Figure 4 illustrates the linear relationship between conductivity decrease and carbon dioxide production.
Zum Abbauversuch wurde Polyhydroxybuttersäure (PHB) eingesetzt. 250 mg PHB BX G09 wurde in 250 ml phosphatgepuffertes Mineralsalzmedium eingewogen und mit einem Volumenanteil des Belebtschlamms von 1 % angeimpft. Der Belebschlamm wurde zuvor 4 Stunden belüftet und hatte einen Proteingehalt von 1,04 g/l. Die mit den Mikroorganismen und Nährstoffen auf definierte Ausgangsbedingungen eingestellte Probe wird im Reaktionsgefäß 2 durch den Magnetrührstab 5 intensiv durchmischt, wodurch der Gasaustausch zwischen Luftraum und Flüssigkeit sichergestellt wird.Polyhydroxybutyric acid (PHB) was used for the degradation test. 250 mg PHB BX G09 was weighed into 250 ml phosphate-buffered mineral salt medium and inoculated with a volume fraction of activated sludge of 1%. The activated sludge was previously aerated for 4 hours and had a protein content of 1.04 g/l. The sample, which has been adjusted to defined initial conditions with the microorganisms and nutrients, is mixed intensively in the reaction vessel 2 by the magnetic stirring bar 5, which ensures gas exchange between the air space and the liquid.
Beim Abbau von 250 g PHB werden zum Beispiel 12 mmol Kohlendioxid produziert und 13 mmol Sauerstoff verbraucht. Bei einer auf 0,1 mS/cm genauen Leitfähigkeitsmessung lag die Auflösung der Kohlendioxid-Messung bei unter 1 mg. Der genaue Wert ist dabei abhängig vom jeweils benutzten Leitfähigkeitsmeßgerät. Bei der Messung mit dem Standard-Respirometer wird der Sauerstoffverbrauch auf 1 mg genau bestimmt.When 250 g of PHB is broken down, for example, 12 mmol of carbon dioxide are produced and 13 mmol of oxygen are consumed. With a conductivity measurement accurate to 0.1 mS/cm, the resolution of the carbon dioxide measurement was less than 1 mg. The exact value depends on the conductivity measuring device used. When measuring with the standard respirometer, the oxygen consumption is determined to an accuracy of 1 mg.
Der Abbauversuch mit PHB zeigt, daß es möglich ist, die bestehende Vorrichtung zur Messung des Sauerstoffverbrauchs durch eine einfache Zusatzausrüstung so zu verbessern, daßThe degradation test with PHB shows that it is possible to improve the existing device for measuring oxygen consumption by means of simple additional equipment so that
parallel dazu die produzierte Kohlendioxidmenge kontinuierlich bestimmt werden kann.At the same time, the amount of carbon dioxide produced can be continuously determined.
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| DE29607032U DE29607032U1 (en) | 1996-04-18 | 1996-04-18 | Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditions |
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