DD253045A1 - PROCEDURE FOR THE IMMEDIATE DETERMINATION OF BIOCHEMICAL OXYGEN NEED (BOD) - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des "Biochemischen Sauerstoffverbrauchs" (BSB) von Abwassern mittels mikrobiologischer Sensoren. Sie hat das Ziel, eine sehr schnelle Erfassung aller organischen, durch Mikroorganismen assimilierbare Substanzen zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess wird dies durch eine Anpassung der fuer den Sensor benutzten Mikroorganismen an das jeweilige Abwasser oder Fermentationsloesung und durch die Messung der Beschleunigung der Respirationsrate nach Dosierung von Abwasserproben bzw. Fermentationsloesung als Stromstaerkeaenderung pro Zeiteinheit erreicht. Anwendungsgebiet ist die Kontrolle und Steuerung biotechnologischer Prozesse, insbesondere der Abwasserbehandlung, Fermentation und des Umweltschutzes.The invention relates to a method for determining the "Biochemical Oxygen Consumption" (BOD) of wastewater by means of microbiological sensors. Its aim is to enable very rapid detection of all organic substances that can be assimilated by microorganisms. According to the invention, this is achieved by adapting the microorganisms used for the sensor to the respective wastewater or fermentation solution and by measuring the acceleration of the respiration rate after metering of wastewater samples or fermentation solution as a current change in the per unit time. The field of application is the control and control of biotechnological processes, in particular wastewater treatment, fermentation and environmental protection.
Description
Der Vorteil des Verfahrens besteht.darin, daß für die zu untersuchenden Medien ohne Verdünnung oder andere Aufschlüsse sofort eine für die Steuerung von Bioreaktoren oder die Verhinderung von Schadwirkungen bei Havarien notwendige Bestimmung aller von Mikroorganismen assimilierbaren organischen Bestandteile, die Kinetik deren Abbaus und/oder die Beschleunigung oder Verzögerung von Beimischungen auf die Stoffwechselaktivität von Mikroorganismen sowie gleichzeitig der qualitative Nachweis des Gehaltes an spezifischen organischen Substanzen möglich wird. Neben der optimalen Einflußnähme auf die Stoffwechselprozesse bei Bioreaktoren wird eine Verringerung des Energieaufwandes durch Steuerung der Sauerstoffzufuhr z. B. in Belebungsbecken von Kläranlagen erreichtThe advantage of the method consists in the fact that for the media to be tested without dilution or other digestions immediately necessary for the control of bioreactors or the prevention of damage in case of damage determination of all microorganisms assimilable organic components, the kinetics of their degradation and / or the Acceleration or delay of admixtures on the metabolic activity of microorganisms and at the same time the qualitative detection of the content of specific organic substances is possible. In addition to the optimal influence on the metabolic processes in bioreactors, a reduction of the energy expenditure by controlling the oxygen supply z. B. achieved in aeration tanks of sewage treatment plants
Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen erläutert: The invention is explained below by way of examples:
Zur BSB-Bestimmung stärkehaltiger Abwasser werden B.subtilis-Zellen eingesetzt, die in einem stärkehaltigen Medium kultiviert werden (200 ml stärkehaltiges Abwasser, 5g Casamino acids, 5g Ammoniumchlorid ad 11 0,15 M Phosphatpuffer pH 6,0). Die Zellen werden nach 18-20stündiger Kultivierung auf Rotationsschüttlern bei 3O0C zu Beginn der stationären Phase geerntet, abzentrifugiert und im Phosphatpuffer pH 6,8 resuspendiert. 500 μΙ dieser 10 mg Trockengewicht enthaltenden Suspension werden mit 500μΙ einer 10%igen Polyvinylalkohollösung gemischt und zu einer Fläche ausgestrichen. Nach Immobilisierung bei 40C wird ein Stück Folie (2 χ 2 mm2) auf die Polyäthylenmembran einer Sauerstoffelektrode plaziert und durch eine Dialysemembran meßseitig abgeschlossen. In einer gerührten, bei 3O0C temperierten Meßzelle mit 2,5 ml 0,1 mol. Phosphatpuffer pH 6,8 werden die zu untersuchenden Proben gegeben. Mittels eines Meßverstärkers wird bei -60OmV die Änderung der Stromstärke pro Zeiteinheit nach Dosierung der Probe gemessen. Diese Änderungsgeschwindigkeit wird nach Eichung des Sensors mit einer Glukose- (150 mg/l)-Glutaminsäure-Lösung (150mg/l) als Maß für den BSB genutzt. Ein 2. Sensor wurde entsprechend obiger Beschreibung präpariert, aber mit B.subtilis-Zellen, die in einem Glukose enthaltenden Medium kultiviert wurden (gleiches Medium wie oben, aber anstelle des Stärkeabwassers mit 20g Glukose). Dieser Sensor wurde direkt und nach einer 2tägigen Inkubation mit dem o. g. stärkehaltigen Medium in der Meßzelle zur BSB-Bestimmung genutzt.B.subtilis cells cultivated in a starch-containing medium (200 ml of starch-containing wastewater, 5 g casamino acids, 5 g ammonium chloride ad 11 0.15 M phosphate buffer pH 6.0) are used to determine the BOD of starch-containing wastewater. The cells are harvested after 18-20 hours of culture on rotary shakers at 3O 0 C at the beginning of the stationary phase, centrifuged off and resuspended in the phosphate buffer pH 6.8. 500 μΙ of this suspension containing 10 mg dry weight are mixed with 500 μΙ of a 10% polyvinyl alcohol solution and spread to a surface. After immobilization at 4 0 C, a piece of film (2 χ 2 mm 2 ) placed on the polyethylene membrane of an oxygen electrode and completed by a dialysis membrane meßseitig. In a stirred, tempered at 3O 0 C measuring cell with 2.5 ml of 0.1 mol. Phosphate buffer pH 6.8 are added to the samples to be examined. By means of a measuring amplifier at -60OmV the change of the current intensity per unit time is measured after dosing of the sample. This rate of change is used after calibration of the sensor with a glucose (150 mg / l) -glutamic acid solution (150 mg / l) as a measure of the BOD. A second sensor was prepared as described above, but with B.subtilis cells cultured in a glucose containing medium (same medium as above, but replacing the starch waste with 20 g of glucose). This sensor was used directly and after a 2-day incubation with the above-mentioned starchy medium in the measuring cell for BOD determination.
In Tabelle 1 sind die mit den beschriebenen Sensorvarianten ermittelten BSB-Werte von stärkehaltigem Abwasser im Vergleich zum konventionellen BSB5-TeSt zusammengestellt:Table 1 summarizes the BOD values of starchy wastewater determined with the described sensor variants in comparison with the conventional BOD 5 -TeSt:
Bestimmung des BSB (mg/l) stärkehaltiger Abwasser mit B.subtilis-SensorenDetermination of BOD (mg / l) of starch-containing wastewater using B.subtilis sensors
Zur Bestimmung des BSB von alkoholhaltigen Abwässern werden Sensoren mit Candida boidinii, die kultiviert wurden im folgenden Medium: Pepton 0,5%, Hefeextrakt 0,5% und Glukose 1 % genutzt.To determine the BOD of alcoholic effluents, sensors with Candida boidinii which were cultivated were used in the following medium: peptone 0.5%, yeast extract 0.5% and glucose 1%.
Die Immobilisierung der Hefen und die Präparation der Sensoren sowie die Meßprocedure entsprechen der im Beispiel 1 beschriebenen Art und Weise.The immobilization of the yeasts and the preparation of the sensors and the Meßprocedure correspond to the manner described in Example 1.
Tabelle 2 gibt die mit den verschiedenen Sensortypen ermittelten BSB-Werte der untersuchten alkoholhaltigen Abwasserproben wieder.Table 2 shows the determined with the different sensor types BOD values of the investigated alcoholic wastewater samples.
Bestimmung des BSB (mg/l) alkoholhaltiger Abwasser mit Candida-boidinii-SensorenDetermination of BOD (mg / l) of alcoholic waste water using Candida boidinii sensors
Trichosporon culaneum-Zellen werden 36 h in einem Peptonmedium (Pepton 0,5%, Malzextrakt 0,5%, Hefeextrakt 0,5%, Glukose 1 %) kultiviert. Die Immobilisierung und die Präparation der Sensoren werden, wie im Beispiel 1 beschrieben, vorgenommen. Zur BSB-Bestimmung verschiedener Abwasser werden folgende, durch Vorinkubation modifizierte Trichosporon culaneum-Sensoren eingesetzt:Trichosporon culaneum cells are cultured for 36 hours in a peptone medium (peptone 0.5%, malt extract 0.5%, yeast extract 0.5%, glucose 1%). The immobilization and the preparation of the sensors are carried out as described in Example 1. For BOD determination of various wastewater, the following pre-incubation modified Trichosporon culaneum sensors are used:
• unbehandelt;• untreated;
• 24h mit stärkehaltigem Abwasser in der Meßzelle inkubiert;• incubated with starchy waste water in the measuring cell for 24 hours;
• 24h mit alkoholhaltigem Abwasser in der Meßzelle inkubiert.• Incubated with alcoholic waste water in the measuring cell for 24 hours.
Tabelle 3 demonstriert die mit den modifizierten BSB-Sensoren ermittelten BSB-Werte.Table 3 demonstrates the BOD values determined with the modified BOD sensors.
Bestimmung des BSB (mg/l) verschiedener Abwasser mit unterschiedlich vorbehandelten Trichosporon-culaneum-SensorenDetermination of the BOD (mg / l) of different wastewater using different pretreated Trichosporon culaneum sensors
Der im Beispiel 1 beschriebene Sensor mit B. subtilis wird zur Untersuchung toxischer Abwasser genutzt. Hierzu wurden Modellsysteme eingesetzt, in denen zu einer Glukose-Glutaminsäuremischung (150 mg Glukose und 150mg Glutaminsäure pro I), die international als BSB-Standard Verwendung findet, Dinitrophenol bzw. Chlormercuribenzoat addiert wurde, wonach die Verminderung der Beschleunigung der Respiration im Vergleich zur Kontrolle erfaßt wurde. Der Hemmeffekt der gewählten Inhibitoren ist aus Tabelle 4 ersichtlich.The B. subtilis sensor described in Example 1 is used to study toxic wastewater. For this purpose, model systems were used in which dinitrophenol or chlormercuribenzoate was added to a glucose-glutamic acid mixture (150 mg glucose and 150 mg glutamic acid per liter) which is used internationally as a BOD standard, after which the acceleration of the respiration was reduced compared to the control was detected. The inhibitory effect of the selected inhibitors is shown in Table 4.
Untersuchung der toxischen Wirkung von Abwassern am Beispiel eines ModellsystemsInvestigation of the toxic effects of wastewater using the example of a model system
BSB (mg/l) Hemmung (%)BOD (mg / L) inhibition (%)
Glukose-Glutaminsäure-Mischung (Kontrolle) toxisches Abwasser (Glukose-Glutaminsäure-Mischung+ Dinitrophenol (0,05 mM) 270 toxisches Abwasser (Glukose-Glutaminsäure-Mischung + Chlormercuribenzoat 0,1 mM 200 64 . _Glucose-glutamic acid mixture (control) toxic waste water (glucose-glutamic acid mixture + dinitrophenol (0.05 mM) 270 toxic wastewater (glucose-glutamic acid mixture + chloromercuribenzoate 0.1 mM 200 64. _
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