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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines BSB-Wertes, insbesondere eines BSB5-Wertes, unter Verwendung einer biologisch abbaubare organische Substanzen umfassenden Wasserprobe.
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Eine zentrale Größe für die Beschreibung einer Gewässergüte oder eines Abwassers ist dessen Sauerstoffbedarf. Hierfür gibt es zwei miteinander verwandte Werte, nämlich den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und den biochemischen bzw. biologischen Sauerstoffbedarf (BSB). Beide Größen beschreiben den Sauerstoffbedarf (typischerweise in mg/l), der für eine Oxidation organischer Bestandteile nötig ist. Der Unterschied dieser beiden Werte ist, dass der CSB die Oxidation durch ein chemisches Oxidationsmittel, beispielsweise Kaliumdichromat, beschreibt, während sich der BSB auf den Abbau biologisch abbaubarer Substanzen durch Luftsauerstoff mit Hilfe von Mikroorganismen bezieht. Da die Mikroorganismen jedoch nur einen Teil der organischen Substanzen abbauen können, unterscheidet sich der BSB vom CSB, wobei im Allgemeinen der BSB niedriger ist als der CSB.
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Der biochemische Sauerstoffbedarf, der BSB, wird üblicherweise definiert als „die Menge an Sauerstoff, die von Mikroorganismen benötigt wird, um die organische Substanz eines Wasserkörpers aerob abzubauen”. Der Prozess läuft dabei eher unregelmäßig ab, so dass der BSB über längere Zeiträume bestimmt werden muss, um einen relativ gut reproduzierbaren Wert zu erhalten. Die Inkubationszeit einer Wasserprobe wird daher üblicherweise als Index an die Bezeichnung BSB angehängt. Wird die Probe beispielsweise über n Tage beobachtet, nennt man dies BSBn. Am häufigsten wird dabei ein Versuchszeitraum von 5 Tagen verwendet, woher der Wert BSB5 kommt. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Zeiträume denkbar.
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Es gibt bestimmte Gründe, warum zwei Werte zur Beurteilung von Wasserqualitäten parallel verwendet werden. Der CSB ist schneller und einfacher zu bestimmen, da mit Hilfe des chemischen Oxidationsmittels in relativ kurzer Zeit die organischen Bestandteile quantitativ oxidiert werden. Der Nachteil am chemischen Sauerstoffbedarf ist, dass er keine präzise Aussage über den Sauerstoffbedarf bei einem biologischen Abbau zulässt, was aber beispielsweise für die biologischen Stufen in Kläranlagen notwendig ist. Für diesen Zweck gibt es den BSB, insbesondere den BSB5. Dieser ist jedoch deutlich aufwendiger zu bestimmen, wie bereits an der angegebenen Zahl 5 zu erkennen ist. Diese Zahl besagt, wie oben beschrieben, dass für den mikrobiologischen Abbau 5 Tage zur Verfügung stehen müssen. Es ist nicht mit einfachen Mitteln, wie beispielsweise einer Erhöhung der Temperatur, möglich, den mikrobiologischen Abbau zu beschleunigen, da eine solche Maßnahme die Eigenschaften der Mikroorganismen und somit die Charakteristik des biologischen Abbaus beeinflussen würde. Aus diesem Grund lässt sich eine fünftägige Analysendauer für die Bestimmung des BSB5-Wertes nach dem heutigen Stand der Technik nicht vermeiden.
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Derzeit ist die Bestimmung des BSB5-Werts nach der DIN EN 1899-1 und DIN EN 1899-2 reglementiert.
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Die Aufwendigkeit, insbesondere die lange Dauer der Bestimmung des BSB5-Wertes, führt dazu, dass Störfälle bezüglich der Abwasserqualität erst spät erkannt werden können. Die lange Analysenzeit zieht Produktionszyklen in die Länge und macht eine kurzzeitige Optimierung bzw. Adaption von Produktionsprozessen im Hinblick auf die Qualität der Abwässer unmöglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein schnelleres und weniger aufwendiges Verfahren zur Bestimmung eines BSB-Werts, insbesondere eines BSB5-Werts, anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem mit der Wasserprobe durchgeführten Analyseverfahren Konzentrationen für wenigstens zwei wenigstens eine organische Substanz umfassende Gruppen ermittelt werden, welche Konzentrationen zur Bestimmung des BSB-Werts ausgewertet werden.
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Der Erfindung liegt dabei die Überlegung zugrunde, dass der technische Grund, warum der BSB-Wert, insbesondere der BSB5-Wert, nicht durch einen einfachen Sensor erfasst werden kann, die Diversität organischer Schadstoffe in der Probenlösung ist. Es gibt daher eine sehr große Anzahl verschiedener organischer Substanzen, die zum BSB beitragen. Da aber Mikroorganismen nur bestimmte Substanzen (in der vorgegebenen Zeit unter Umständen auch nur teilweise) abbauen können, tragen die unterschiedlichen Substanzen auch unterschiedlich stark zum BSB-Wert bei.
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Es wird daher im erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, ein Analysenverfahren zu verwenden, das eine hohe Empfindlichkeit für organische Verunreinigungen in Wasser hat und somit die Möglichkeit bietet, eine Vielzahl von organischen Verunreinigungen aufzulösen. Das Analyseverfahren kann also spezifisch organische Substanzen detektieren, entweder die Substanzen bereits selber, oder aber durch bestimmte Merkmale verbundene Gruppen von organischen Substanzen. Die erhaltenen Konzentrationen können dann zur Bestimmung des BSB-Werts, insbesondere durch Berechnung beispielsweise mittels einer Recheneinrichtung, ausgewertet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Dauer einer BSB-Bestimmung, insbesondere einer BSB5-Bestimmung, stark zu verkürzen. Insbesondere ist es mit den meisten Analyseverfahren möglich, die Bestimmung innerhalb weniger als einer Stunde vorzunehmen. Diese Zeitverkürzung hat den Vorteil, dass Störfälle bezüglich der Abwasserqualität schneller erkannt werden können, Produktionsprozesse in kurzer Zeit optimiert und die Kosten für die Analysen reduziert werden können.
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Bevorzugt können im Rahmen des Analyseverfahrens eine chromatographische und/oder eine massenspektrographische Methode verwendet werden, wobei es von besonderem Vorteil ist, beide Methoden nacheinander zu verwenden. Sowohl die Chromatographie als auch die Massenspektrometrie sind bekannte chemische Analyseverfahren, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet werden können. So können chromatographische Methoden die organischen Substanzen in mehrere Fraktionen aufteilen und nacheinander nachweisen und quantifizieren, beispielsweise über die Flüssigkeitschromatographie (liquid chromatography – LC). Auch durch die Verwendung eines Massenspektrometers kann die chemische Diversität erfasst werden. Dabei werden anhand verschiedener Massen der Moleküle bzw. Molekülfragmente verschiedene Zusammensetzungen der Probe erfasst. Dabei stellt eine Kopplung dieser beiden Techniken eine besonders günstige Herangehensweise an das Problem dar (LC-MS/MS). Nachdem die verschiedenen Fraktionen mit Hilfe der Chromatographie erhalten und quantifiziert wurden, werden alle diese Fraktionen danach der Massenspektrometrie unterzogen. Bei der Chromatographie wird zum Nachweis und zur Quantifizierung dabei allgemein bevorzugt ein UV-VIS-Detektor verwendet. Prinzipiell können auch kontinuierliche Refraktometer (Brechungsindexdetektoren) verwendet werden, die allerdings im Bereich niedrigerer Konzentrationen ungenau sein können, oder Leitfähigkeitsdetektoren, wobei allerdings ein Großteil der organischen Verunreinigungen ungeladen sind. Es ist auch eine kombinierte Nutzung solcher Detektoren denkbar.
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Alternativ oder zusätzlich können im Rahmen des Analyseverfahrens eine Mehrzahl von gruppenspezifischen Detektoren, insbesondere beschichteten Mikrowaagen verwendet werden. So sind beispielsweise Quarzmikrowaagen bekannt, die verschiedene Beschichtungen aufweisen können, an denen unterschiedliche organische Substanzen unterschiedlich stark adsorbieren. Dann kann beispielsweise ein Array solcher Detektoren verwendet werden, um ebenso bestimmte Gruppen von organischen Substanzen in ihren Konzentrationen erfassen zu können. Um die Zahl an spezifischen Detektoren, die in einem derartigen Array benötigt wird, eher klein zu halten, ist die Anwendung solcher Detektoren hauptsächlich in Anwendungsgebieten sinnvoll, in denen eine beschränkte Anzahl von organischen Substanzen bzw. Gruppen das Verunreinigungsspektrum dominiert, beispielsweise bei Abwässern aus einer Papierfirma oder dergleichen.
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Wie bereits erwähnt, kann die Auswertung der ermittelten Konzentrationen zur Bestimmung des BSB-Werts durch eine Recheneinrichtung, beispielsweise einen Computer, erfolgen. Dabei kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des BSB-Werts eine insbesondere durch einen gruppenspezifischen Effektivitätsfaktor gewichtete Summe der Konzentrationen gebildet wird. In diesem Fall ist eine recht einfache Auswertung gegeben, da die ermittelten Konzentrationen der verschiedenen organischen Substanzen bzw. Gruppen einfach mit einem für die jeweilige Gruppe spezifischen Verstärkungsfaktor/Effektivitätsfaktor multipliziert werden können. Alle diese Produkte werden dann zum BSB-Wert aufsummiert. Es sind zwar Kreuzbeziehungen unter den verschiedenen Substanzen theoretisch denkbar, die jedoch voraussichtlich untergeordneter Natur sein werden, so dass im einfachsten Fall für jede Substanz ein Effektivitätsfaktor a priori angegeben werden kann. Die Konzentrationen aller Gruppen mit ihren jeweiligen Effektivitätsfaktoren bilden dann ein lineares Modell zur BSB-Wertbestimmung. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es, wie oben erwähnt, durchaus möglich ist, Gruppen mehrerer organischer Substanzen zu bilden, so dass nicht jede einzelne relevante Substanz separat quantifiziert werden muss. Eine zuverlässige Ermittlung des BSB-Wertes ist dann dennoch möglich, wenn entweder die Substanzen innerhalb einer Gruppe ähnliche oder identische Verstärkungsfaktoren haben oder die Substanzen innerhalb einer Gruppe stets im selben Verhältnis auftreten.
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Die Art und die Anzahl der Gruppen hängt dabei im Übrigen stark von dem verwendeten Analyseverfahren ab.
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Die Effektivitätsfaktoren können dabei insbesondere unter Verwendung von in vorangegangenen, insbesondere mit herkömmlichen Methoden durchgeführten Messungen des BSB-Wertes ermittelten Trainingsdaten bestimmt werden, worauf für den im Folgenden diskutierten allgemeineren Fall noch genauer eingegangen werden wird.
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So kann nämlich auch allgemeiner vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des BSB-Werts ein durch Koeffizienten parametrierbarer funktionaler, insbesondere linearer oder polynomialer Zusammenhang zwischen dem BSB-Wert und den Konzentrationen angenommen wird, wobei die Koeffizienten aufgrund von Trainingsdaten anderer BSB-Wert-Bestimmungen ermittelt werden. Wie bereits erwähnt, kann ein linearer Zusammenhang durchaus auch ausreichen, um eine hinreichend genaue Bestimmung des BSB-Werts zu ermöglichen. Für ein nichtlineares Gleichungsmodell kann jedoch auch ein polynomialer Ansatz gewählt werden. Es wird also ein Modul verwendet, beispielsweise als Teil eines Softwaremittels, das anhand einer trainierbaren Auswertefunktion aus dem Analysenergebnis den BSB-Wert berechnen kann. Das Training sollte dabei anhand möglichst vieler Proben mit bekanntem BSB erfolgen, bei denen der BSB-Wert beispielsweise über die bekannten Verfahren, insbesondere die beiden genannten DIN-Normen, bestimmt wird. Zusätzlich dazu werden genau diese Proben im Hinblick auf ihre Konzentrationen analysiert, so dass letztlich ein Punkt in dem Raum bestimmt ist, der durch die BSB-Werte und die Konzentrationen gebildet wird. Sind möglichst viele, insbesondere diesen gesamten Auswerteraum abdeckende derartige Messungen bekannt, ist es folglich möglich, einen funktionalen Zusammenhang, die Auswertefunktion, in ihren Koeffizienten beispielsweise durch einen Fit zu bestimmen. Dabei können numerische Methoden der Ausgleichsrechnung, beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate, verwendet werden.
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Es ist mithin ein lineares oder nichtlineares Gleichungssystem gegeben, welches ein phänomenologisches Modell zur Bestimmung des BSB-Wertes beschreibt. Die Auswertung des mathematischen phänomenologischen Modells ist echtzeitfähig, das bedeutet, dass unmittelbar nach Bestimmung der Konzentrationen der Substanzen bzw. Gruppen ein BSB-Wert berechnet wird und als Ergebnis zur Verfügung steht.
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Für das beschriebene Trainieren der Auswertefunktion mit Trainingsdaten sind verschiedene Möglichkeiten mit unterschiedlichem Zeithorizont denkbar.
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So kann vorgesehen sein, dass ein bereits vorhandenes Labor so erweitert wird, dass das hier beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei läuft die Bestimmung des BSB-Werts unverändert nach der konventionellen Methode zunächst weiter, so dass beispielsweise durch eine Inkubation der Proben für 5 Tage ein BSB5-Wert ermittelt wird. Zusätzlich werden mit dem Analyseverfahren die Konzentrationen bestimmt. Allerdings werden die gewonnenen Werte für das Training der Auswertefunktion und mithin zur Bestimmung der Koeffizienten verwendet: Die Auswertefunktion wird folglich durch lokale Labordaten als Trainingsdaten trainiert. Hierbei kann – was insbesondere auch allgemein sinnvoll ist – vorgesehen sein, dass eine Güte der ermittelten Koeffizienten ermittelt wird, insbesondere durch eine Fehlerbetrachtung der Koeffizienten. Mit steigender Güte der Koeffizienten, also insbesondere mit geringerem ermitteltem Fehler der Koeffizienten, kann in diesem Szenario nun die Anzahl der konventionell durchgeführten BSB-Bestimmungen vermindert werden. Bei einer hinreichend gut trainierten Auswertefunktion ist sogar ein vollständiger Verzicht auf die manuellen Bestimmungen des BSB-Werts möglich, wobei zweckmäßigerweise allerdings Stichproben zur Überprüfung der erfindungsgemäß bestimmten BSB-Werte genutzt werden.
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Denkbar ist es in einem zweiten Szenario jedoch auch, dass mehrere Anlagen, wie sie durch das erste Szenario beschrieben werden, miteinander vernetzt werden, um die Trainingsdaten miteinander zu teilen und so die Güte der bestimmten BSB-Werte zu erhöhen. Die Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass bei allen miteinander kombinierten Anlagen ein einheitliches Analyseverfahren eingesetzt wird, beispielsweise bei der Chromatographie die gleichen Trennsäulen bei identischen Temperaturen und identische Detektoren.
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Langfristig kann, wenn genügend Trainingsdaten zur Verfügung stehen, das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne ein lokales Labor betrieben werden. Die Auswertefunktion, insbesondere also die Koeffizienten, kann dann entweder statisch integriert vorliegen oder auch per Internet aktualisiert werden.
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Idealerweise wird, wie bereits erwähnt, durch die Trainingsdaten der gesamte benötigte Auswerteraum abgedeckt, so dass der durch die Koeffizienten beschriebene funktionale Zusammenhang auch eine Bestimmung des BSB-Werts von Proben erlaubt, die von den üblichen Zusammensetzungen abweichen, für die folglich für die betrachtete Anlage ungewöhnliche Konzentrationen ermittelt werden. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. So ist es möglich, dass, wenn die Koeffizienten nur durch innerhalb einer bestimmten Anlage ermittelte Trainingsdaten bestimmt wurden, die Zuverlässigkeit der Koeffizienten in davon abgelegenen Bereichen weniger gut ist – es wird also nicht der gesamte Auswerteraum abgedeckt, das phänomenologische Modell bildet nur lokal ab. Dann kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass bei in wenigstens einem bestimmten Wertebereich der jeweiligen Konzentrationen gehäuften Trainingsdaten ein die Abweichung der Konzentrationen von den Wertebereichen betreffender Abweichungswert ermittelt wird, wobei bei Überschreitung eines Schwellenwerts für die Abweichung der BSB-Wert anhand von zwei 5 Tage beabstandeter Sauerstoffgehaltmessungen ermittelt wird. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also selbst festgestellt, ob eine verlässliche Bestimmung des BSB-Werts möglich ist. Ist dies nicht der Fall, wird also ein Schwellenwert für die Abweichung überschritten, so kann der BSB-Wert beispielsweise auf die herkömmliche Art ermittelt werden, insbesondere also der BSB5-Wert anhand von 5 Tage beabstandeten Sauerstoffgehaltmessungen. Im dritten Szenario, wenn also die Erfindung ohne lokales Labor betrieben wird, kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, die Wasserprobe an ein externes Labor zu senden.
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Zweckmäßigerweise kann zusätzlich zu dem BSB-Wert auch ein CSB-Wert aus den Konzentrationen ermittelt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft und sinnvoll möglich, wenn ohnehin alle für den CSB-Wert relevanten abbaubaren Substanzen in ihren Konzentrationen bestimmt werden. Hierfür kann eine ähnlichere Herangehensweise gewählt werden, also insbesondere auch ein phänomenologisches Modell, bei dem ebenso ein funktionaler Zusammenhang angenommen wird und dessen Koeffizienten durch Trainingsdaten bestimmt werden. Die Ausführungen bezüglich des BSB-Werts lassen sich in diesem Fall dann analog auf eine Bestimmung des CSB-Werts übertragen.
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Bevorzugt kann jedoch sowohl bei der Bestimmung des BSB-Werts als auch bei der Bestimmung des CSB-Werts Hintergrundwissen berücksichtigt werden. Dabei kann es sich um Wissen aus anderen Versuchen oder Experimenten wie auch um theoretisches Hintergrundwissen handeln. Beispielsweise können bestimmte Kreuzabhängigkeiten zwischen verschiedenen Gruppen ausgeschlossen werden oder es können Plausibilitätsüberprüfungen anhand bekannter phänomenologischer oder theoretischer Zusammenhänge vorgenommen werden. Insbesondere kann bei der Bestimmung des BSB-Werts ein durch eine anderweitige Messung bestimmter CSB-Wert berücksichtigt werden, da meistens ein zumindest grober Zusammenhang zwischen dem CSB-Wert und dem BSB-Wert bekannt oder schlussfolgerbar ist. Gerade bei einem noch nicht optimalen Trainingsstand kann die Genauigkeit des berechneten BSB-Werts durch einen manuell bestimmten CSB-Wert erhöht werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines BSB-Werts, umfassend eine Analysevorrichtung zur Ermittlung von Konzentrationen organischer Substanzen in einer Wasserprobe und eine Recheneinrichtung zur Ermittlung eines BSB-Werts aus den Konzentrationen, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
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2 ein Blockdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt die Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines BSB-Werts unter Verwendung einer Wasserprobe. Sie umfasst eine Analysevorrichtung 2, die zur Ermittlung von Konzentrationen für wenigstens zwei wenigstens eine organische Substanz umfassende Gruppen aus der Wasserprobe ausgebildet ist. Diese Konzentrationen werden über eine Datenverbindung 3 an eine Recheneinrichtung 4 gegeben, welche mittels eines durch Trainingsdaten trainierten phänomenologischen Modells hieraus einen BSB5-Wert und einen CSB-Wert bestimmt, die beispielsweise über eine der Recheneinrichtung 4 zugeordnete Anzeigevorrichtung 5 zur Anzeige gebracht werden können.
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Die Analysevorrichtung 2 umfasst dabei eine Einrichtung 6 zur Flüssigchromatographie, der ein Massenspektrometer 7 nachgeschaltet ist, welches zur Massenanalyse der einzelnen in der Einrichtung 6 gewonnenen Fraktionen ausgebildet ist. Nach Durchlaufen der bei 8 angedeuteten Säule ist als Detektor für die Fraktionen ein UV-VIS-Detektor 9 vorgesehen.
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Es wird also als Analyseverfahren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein LC-MS/MS-Verfahren angewendet. Es sei jedoch angemerkt, dass auch andere Analysemethoden denkbar sind. Beispielsweise kann ein Array von Quarzmikrowaagen verwendet werden, die jeweils mit einer einer Gruppe zugeordneten Beschichtung versehen sind, an der die Substanzen der Gruppe besonders gut adsorbieren.
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Mit der Vorrichtung 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines BSB5-Werts durchgeführt werden, was anhand des Blockdiagramms in 2 näher dargestellt werden soll.
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Ausgegangen wird dabei jeweils von einer Wasserprobe 10, deren BSB5- und CSB-Wert ermittelt werden sollen.
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Dabei ist im Kasten 11 auf der linken Seite das herkömmliche Bestimmungsverfahren angedeutet, welches insbesondere zur Ermittlung von Trainingsdaten auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Rolle spielt. Dabei werden also aufwendige Laborexperimente, Kästchen 12, durchgeführt, um manuell einen BSB5-Wert 13 und einen CSB-Wert 14 zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass der CSB-Wert durchaus in etwa einer Stunde durch Laborexperimente ermittelt werden kann, während zur Bestimmung des BSB5-Werts eine Inkubationszeit der Wasserprobe 10 von 5 Tagen benötigt wird. Jeweils zu Beginn wie zu Ende dieser Zeit dabei eine Sauerstoffgehaltmessung durchgeführt, wobei aus der Differenz der beiden Werte der BSB-Wert bestimmt werden kann.
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Erfindungsgemäß, Kasten 15, wird nun anders vorgegangen. Zunächst werden durch ein Analysenerfahren mit der Analysevorrichtung 2, angedeutet durch das Kästchen 16, Konzentrationen 17 ermittelt, die letztlich Mengenwerte bezüglich bestimmter wenigstens eine organische Substanz umfassender Gruppen darstellen. Die Konzentration an organischen, abzubauenden Substanzen kann daher für bestimmte Gruppen von Substanzen genauer angegeben werden. Diese ermittelten Konzentrationen dienen als Eingangswerte für ein phänomenologisches Modell 18, in dem ein bestimmter funktionaler Zusammenhang, eine Auswertefunktion, zwischen den Konzentrationen und dem BSB5-Wert angenommen wird. Dabei kann es sich beispielsweise um ein lineares Modell handeln, in dem die Konzentrationen 17 mit Effektivitätsfaktoren multipliziert und aufsummiert werden, es sind jedoch auch komplexere Modelle, beispielsweise ein Polynom als Auswertefunktion, denkbar. Beschrieben wird der funktionale Zusammenhang also letztlich durch Koeffizienten in der Auswertefunktion.
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Während es grundsätzlich denkbar ist, diese Koeffizienten aufgrund von Hintergrundwissen oder aus theoretischen Überlegungen zu ermitteln, ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, diese aus Trainingsdaten zu ermitteln. Dafür werden für mehrere, insbesondere eine Vielzahl von Wasserproben die klassischen Laborexperimente in Kasten 11 durchgeführt, gleichzeitig werden aber auch die Konzentrationen 17 bestimmt. Der nach den herkömmlichen Verfahren manuell ermittelte BSB5-Wert 13 dient folglich, Pfeil 19, als Trainingsdatum. Durch die Konzentrationen 17 und den BSB-Wert 13 ist mithin ein Punkt im Auswertraum beschrieben, so dass bei einer Vielzahl dieser Punkte ein Fit an die Auswertefunktion erfolgen kann, insbesondere über numerische Methoden der Ausgleichsrechnung, beispielsweise die Methode der kleinsten Quadrate. So werden durch die Trainingsdaten die Koeffizienten ermittelt. Gleichzeitig wird aber auch eine Güte, konkret ein Fehlerwert, zu jedem Koeffizienten ebenso nach den bekannten numerischen Methoden bestimmt.
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Diese Fehlerwerte beschreiben letztlich also die Güte, mithin wie genau das phänomenologische Modell 18 schon ist. Es sei angemerkt, dass ab einer bestimmten Güte selbstverständlich keine Laborexperimente gemäß Kästchen 12 mehr erforderlich sind, diese dienen dann lediglich als Stichproben, wenn sie nicht mehr als Trainingsdaten benötigt werden.
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Es wird jedoch im erfindungsgemäßen Verfahren auch gespeichert, in welchem Bereich im Auswerteraum die Trainingsdaten im Allgemeinen liegen. Tritt nämlich im späteren Verlauf eine Messung von Konzentrationen 17 auf, die deutlich von den als Trainingsdaten verwendeten Konzentrationen 17 abweichen (beschrieben beispielsweise durch einen einen Schwellenwert überschreitenden Abweichungswert), so kann vorgesehen sein, dass auf jeden Fall auch auf konventionelle Weise noch ein BSB5-Wert 13 bestimmt werden muss. Idealerweise decken die Trainingsdaten den gesamten Auswerteraum hinreichend genau ab.
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Um dies zu erreichen, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen 1 in verschiedenen Anlagen, beispielsweise über das Internet, einen Datenaustausch vornehmen, um Trainingsdaten auszutauschen. Dabei ist allerdings darauf zu achten, dass dasselbe Analyseverfahren, mithin dieselbe Analysevorrichtung 2, verwendet wird.
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Über das phänomenologische Modell 18 kann mithin ein BSB5-Wert 20 bestimmt werden.
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Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es optional auch möglich ist, die Konzentrationen 17 und ein entsprechend gewähltes phänomenologisches Modell 18 zu nutzen, um daraus auf ähnliche Methoden einen CSB-Wert 21 zu bestimmen.
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Mithin kann auch ein durch Laborexperimente in Kasten 11 bestimmter CSB-Wert 14 gemäß Pfeil 22 auf zwei verschiedene Arten Eingang in die datengetriebene Auswertung im Kasten 15 finden. Ist das phänomenologische Modell 18 auch zur Ermittlung eines CSB-Werts 21 ausgebildet, können manuell und herkömmlich bestimmte CSB-Werte 14 folglich als Trainingsdaten verwendet werden.
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Denkbar ist es jedoch auch, dass der CSB-Wert 14 grundsätzlich wie üblich manuell bestimmt wird, aber dann bei der Ermittlung des BSB5-Wertes 20 berücksichtigt wird. Selbstverständlich ist auch anderes Hintergrundwissen aus Experiment und Theorie bei der erfindungsgemäßen Auswertung mit dem phänomenologischen Modell 18 berücksichtigbar.
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Ist folglich das phänomenologische Modell 18 hinreichend genau, also die Güte der Koeffizienten ausreichend, so kann ohne langwierige Laborexperimente ein BSB5-Wert ermittelt werden, insbesondere in unter einer Stunde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN 1899-1 [0005]
- DIN EN 1899-2 [0005]
