DE2135949A1

DE2135949A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Sauerstoffbedarfs wasseriger Proben

Info

Publication number: DE2135949A1
Application number: DE19712135949
Authority: DE
Inventors: John P Minneapolis Minn Cummings (VStA)
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1970-07-27
Filing date: 1971-07-19
Publication date: 1972-02-03
Also published as: GB1314917A; JPS5517338B1; NL7110215A; CA930428A; FR2103271A5

Description

"Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Sauerstoffbedarfs wässeriger Proben"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Sauerstoffbedarfs wässeriger Proben und eine. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Besondere Anwendung findet die Erfindung bei der Prüfung von Mustern die Abwässern und industriellen Abfällen entnommen sind. Beim überwachen der Verarbeitung beispielsweise von Abwässern muß der Sauerstoffbedarf des unverarbeiteten, des teilweise verarbeiteten oder des fertigbehandelten Abwassers allgemein als sehr wichtiger Parameter angesehen werden, der Auskunft

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über die Wirksamkeit der Behandlung gibt. Der Ausdruck "wässeriges Muster", der im Folgenden benutzt wird, bezeichnet eine Probe,die aus einem wässerigen Körper entnommen oder darin enthalten ist, sei es eine einmalig entnommene Probe oder sei es Bestandteil einer Strömung, in der sich die Probe kontinuierlich ändert.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, mit dem.der Sauerstoffbedarf eines wässerigen Musters elektrolytisch bestimmt wird und auf ein Prüfgerät, mit dem dieses Verfahren durchgeführt wird.

Ein bekanntes Verfahren für die Bestimmung des Sauerstoffbedarfs ist der sogenannte "5-3?age biochemische Sauerstoffbedar&best" (BOD), und noch häufiger benutzt wird der "chemische Sauerstoffbedarfstest" (COD).

Der BOD-Test wird allgemein so beschrieben, daß er den Sauerstoff bestimmt,'der von Bakterien während ihrer normalen metabolischen Prozesse gelösten und biologischen unstabilisierten organischen Stoffen, entnommen wird. Unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen, werden zur kompletten Stabilisierung etwa 2o Tage gebraucht,

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doch kann man praktische . und vernünftiger Weise wiederholbare Ergebnisse auch nach einem Zeitraum von fünf Tagen erlangen. Für viele Prüfzwecke ist die 5-Tage Dauer unvertretbar lang und nicht brauchbar. Deshalb zieht man den chemischen Sauerstoffbedarftest (COD) vor, der nur zwei Stunden Diehromatspülung mit konzentrierten Schwefelsäuredichromatlösungen erfordert. Dieser Test wird routinemäßig von den Gesundheitsbehörden der Vereinigten Staaten bei der Ebntrolle der Wasserqualität angewendet.

In der Entwicklung des COD Testes sind unterschiedliche automatisch arbeitende Sauerstoffbedarf analysator en bekanntgeworden und finden laufend Verwendung. All diese automatischen Sauerstoffbedarfanalysatoren stützen sich auf das Prinzip der totalen Verbrennung des gelösten organischen Materials zu endgültigen Oxydationsprodukten von Eohlendioxyd und Wasser. Die Analyse der angefallenen Gase gibt den Maßstab für den Sauerstoffbedarf. Jedoch erhält man normalerweise von den bekannten Sauerstoffbedarfanalysatoren keine Werte für organischen Stickstoff oder gelöste Sulfide, die beide in starkem Maß zur Sauerstoffladung eines Abwassers beitragen. Dagegen können die Ergebnisse bei einigen dieser Verfahren einen Wert für die Karbonate und für gelöstes Kohlendioxyd enthalten, die nicht zur Sauerstoffladung beitragen. Andere ernsthafte

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Nachteile dieser Verbrennungsgeräte· sind ihre hohen Anschaffungskosten und Bedienungskosten, ihre Kompliziertheit und ihr Bedarf an komprimiertem Gas und an Reinigerstoffen aber auch die ÜTotxirendigkeit periodischer Regeneration des Katalysators in der Verbrennungskammer.

Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die Arbeitsge- * schwindigkeit und die Genauigkeit zu verbessern, mit der der Sauerstoffbedarf eines wässerigen Musters bestimmt werden kann und zwar mittels eines Verfahrens, das man einen "elektrochemischen Sauerstoffbedarfstest (EOD) nennen kann.

Das Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffbedarfs eines wässerigen Musters besteht nadh der Erfindung darin, daß eine Anode und eine Kathode in das Muster eingetaucht werden, daß an die Anode und an die Kathode ein Elektrolyseerstrom angelegt wird, dessen Potential zur Erzeugung von gasförmigen Sauerstoff an der Berührungsfläche von Muster und Anode ausreicht und bei dessen Stärke das Muster entweder elektrisch inaktiv wird oder eine stabile elektrolytische Reaktionsgeschwindigkeit erreicht » und daß die Geschwindigkeit gemessen wird, mit der sich Sauerstoff gas an der Berührungsstelle zwischen Anöde und Muster bildet, und der gefundene Wert als Maß für den Sauerstoffbedarf des Musters verwendet wird.

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Es wird im Zusammenhang damit festgestellt, daß das Muster als elektrisch inaktiv "betrachtet werden kann, wenn der angelegte Strom, vorzugsweise ein konstanter Strom,

eine theoretische Menge von gasförmigem Sauerstoff nach dem Faradayischen Gesetz erzeugt hat. Von der anodischen Reaktion kann man folgende Resultate erwarten:

a.) die Erzeugung von Sauerstoff durch

Oxydation von Wasser oder Hydroxy!ionen;

b.) die Umwandlung von irgendwelchen organischen Stoffen in dem Muster in unterschiedliche Produkte durch Oxydation; und

c.) die elektrolytische Behandlung von anorganischen Substanzen, die in dem Muster anwesend sein können;

Diese allgemeinen Reaktionen verlaufen nach folgenden Gleichungen:

Anodische Reaktion - Gleichung 1)

4- 0H~> O₂ ·+ 2 H₂O + 4 e

Anodische Reaktion - Gleichung 2)

Organisches-»Produkte + CO₂ + ne

Um zu den gewünschten Resultaten zu kommen, kann es in manchen Fällen notwendig sein je nach der Art der Muster als zusätzlichen Verfahrensschritt einzuschalten, daß vor

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der Elektrolyse des Küsters ein Alkalimetall-Hydroxid dem Muster zugefügt wird, so daß es einen pH Wert von zumindest hat.Auch, hält man das Muster zweckmäßigerweise auf einer genau konstanten temperatur.

Dieses Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffbedarfs eines wässerigen Musters auf elektrolytischem Wege ist mit Hilfe eines Sauerstoffbedarfprüfgerätes möglich, das nach der Erfindung eine Zelle zur Aufnahme eines solchen Musters hat, dessen Sauerstoffbedarf geprüft werden soll. In der Zelle befindet sich eine Anode eingetaucht in das Muster. Eine Kathode ist außerhalb und nahe der Zelle angeordnet und in den Rest" des Musters eingetaucht. Eine Stromquelle wird zur Erzeugung des Elektrolysierstromes an die Anode und die Kathode angelegt ,mit einem Potential, das zur Erzeugung von gasförmigem Sauerstoff an der Berührungsfläche zwischen dem Muster uud der Anode ausreicht, und mit einer Stromstärke, die größer ist als notwendig um das Muster elektrisch inaktiv zu machen oder um eine stabile elektrolytische Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen. Ferner wird ein Instrument zum Messen der Geschwindigkeit angeordnet, mit der der gasförmige Sauerstoff an der Berührungsfläche zwischen Muster und Anode entsteht. Von diesem Wert wird eine Leistung hergeleitet, die den. Sauerstoffbedarf des Musters anzeigt.

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In einem vorzugsweisen Ausführungsbeispiel befinden sich die Zelle und die Kathode in einem Behälter, der das gesamte Muster aufnimmt. Eine Membrane ist in dem Weg angeordnet, auf dem der Ionenaustausch zwischen Anode und Kathode stattfindet, wodurch die beiden Elektroden elektrolytisch gekuppelt werden. Hierbei wird Vorsorge für die Aufrechterhaltung einer gleichförmigen {Temperatur in dem Muster getroffen. Die Membrane ist vorzugsweise eine solche; die für Ionen durchlässig ist, so, daß jeglicher Ionenaustausch zwischen der Anode und'.der Kathode durch die Membrane verlaufen muß. Bei dieser Ausführungsform ist das wässerige Muster in dem Behälter getrennt von dem Hauptteil des wässerigen Körpers untergebracht, aus dem das Muster herausgenommen worden ist.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das die kontinuierliche Bestimmung des Sauerstoffbedarfs erlaubt und bei dem die Genauigkeit der Leistung weniger entscheidend ist, kann man den Behälter und die Temperaturregelung weglassen und das Prüfgerät in einem wässerigen Körper unterbringen, dessen Temperatur gemessen worden ist und das entsprechend kalibriert worden ist.

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Es gibt verschiedene Möglichkeiten die Leistung herzuleiten. Bei einer bevorzugten Ausf uhrungsform ist ein auf Druck ansprechendes Element an den Auslaß der Anodenzelle angeschlossen, so_T daß man die Leistung aus dem Teildruck des gasförmigen Sauerstoffes herleiten kann, der in der Kammer an der Berührungsfläche zwischen dem wässerigen Muster und der Anode erzeugt wird. Ein anderes Ausführungsbeispiel hat einen Sauerstoffdetektor, der. an den Auslaß der Anodenzelle angeschlossen ist, so, daß man die Leistung aus dem Strom gasförmigen Sauerstoffs, der aus der Zelle kommt und an der Berührungsfläche zwischen dem wasserigen Muster und der Anode ge^ä bildet wird, herleiten kann. Weitere Kennzeichen des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung können' der Beschreibung und den Zeichnungen entnommen vrerden.

\ In der Zeichnung sind

Fig. 1'^:'die schematische Darstellung eines

ersten elektrochemischen Sauerstoffbedarfprüfgerätes, geschnitten dargestellt,

Fig. 2 Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Ansteigen des T|ildruckes

des Sauerstoffs und der Zeit bei konstantem Strom,

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Pig. 3 ein zweites elektrochemisches Sauerstoff "bedarfsprüfgerät, ähnlich dem nach Jig. 1, für kontinuierliche :■ elektrolytische Überwachung eines wässerigen
Musters und

. 4 ein Diagramm einer typischen Sauerstofferzeugung bezogen auf die Zeit bei einem rein wässerigen Bezugsmuster und einem Muster, das organische Abfallstoffe enthält.

Das. Prüfgerät 1o nach Pig. 1 hat einen Behälter 11, in dem ein wässeriges Muster 12 für die Dauer der quantitativen Bestimmung von organischen Abfallprodukten enthalten ist. Der Behälter 11 kann ein Glasbehälter, ein Tiegel oder dergleichen sein. Das Prüfgerät 1o hat auch eine Kathode 14- und eine Anode 15? welch letztere sich in einer Anodenkammer oder Zelle 16 befindet. Die Anodenkammer 16 enthält eine Menge- von Abfallstoffen, wie die gestrichelte Linie des Spiegels 18 anzeigt. Eine Wand der Zelle 16 bildet die Ionenaustauschmembrane 19» die für die elektrische Kontinuität sorgt und den Aufbau eines Differenzdruckes zwischen den Innenräumen der Zelle 16 und des Behälters 11 zuläßt und aufrechterhält. Die Membrane 19 wird mit Hilfe von Polytetrafluoräthylen-Flanschen 2o und 21 an ihrem Platz gehalten, die zusammen mit Schrauben 22 festgemacht sind. Ferner ist die Membrane

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flüssigkeitsdicht am Ende der Zelle 16 mit Hilfe von Innen- und Außen-O-Ringen 24 und 25 befestigt. Die Ionenaustauschmembran. 19 kann aus beliebigem handels-. üblichen Membranewerkstoff sein, beispielsweise eine 'Kationer.austauscnmembr.an· ACMC-347o-XL (hergestellt von Ionac Chemical of Birmingham, ITew Jersey, TJnited States of America).

Man hält das Muster 12 mit Hilfe einer Heizeinheit auf ψ gleichförmiger Temperatur, die mit 27 bezeichnet ist und einen Heö&örper 28 enthält, der mit einem thermostatischen Element 29 geregelt wird. Die Heizeinheit 27 erhält ihre Kraft-aus einer Stromquelle 3o.

An einem Auslaß am oberen Ende der Anodenzelle 16 ist ein Druckmesser 31 angeordnet, der den Teildruck des Sauerstoffes anzeigt, der sich in der Zelle 16 befindet.

Als Druckmesser 31 wird zweckmäßig eine Art verwendet, die Drücke im Bereich zwischen ο und 2oomm Quecksilbersäule aufzeichnen kann.

Die Energie für die Elektrolyse kommt aus einer Gleichstromquelle 32, die durch Leitungen 33 und 34· =niit der Kathode 14 und der Anode 15 verbunden ist. In der Leitung 34 liegt ein Milliamperemeter 35» clas die Stärke des" Stromes anzeigt, der dem System zugeführt wird«Die Stromquelle sollte Strom von ο bis 2o Volt Spannung liefern, dessen Stärke bis zu 3 Ampere bemessen ist. Das Milliamperemeter sollte hieran angepaßt sein.

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Kan könnte die Elektroden aus verschiedenen Materialien machen, beispielsweise aus Platin, Gold, Iridium, Kobalt, Palladium, Rhodium, Silber oder Eisen, jedoch nimmt man zweckmäßigerweise Nickel, das bei Versuchen sich vorzüglich bewährt hat und genaue Resultate geliefert hat. Die Form der Elektrode darf beliebig sein, ihre Ausbildung als Spirale gibt bezogen auf das vorhandene Volumen eine optimale Oberfläche. Mikroporöse Mckelelektroden dieser Type sind handelsüblich.

Anhandrder Figuren 1 und 2 wird das Verfahren wie folgt beschrieben. Mit ihm wird die Elektrolyse eines wässerigen \ Musters über eine festgelegte Zeit, beispielsweise in etwa dreißig Minuten durchgeführt. Es dürfen auch längere Zeiten ^: gewählt werden und man kann sich auch zur Wahl des Prüfgerätes entschließen, das im folgenden anhand der Figuren j 3 und 4 noch beschrieben werden wird. Es hat sich erwiesen, daß die elektrolytische Oxydation von organischen Mischungen■ im Verfahren nach der Erfindung im Grunde ähnliche Resultate ergibt, wie die Tätigkeit eines stark wirkenden Oxydationsstoffes. Die elektrochemische Oxydation wird erreicht, wenn man das Anodenpotential auf einen Wert justiert, der aus .eicht um gasförmigen Sauerstoff an der Berührungsfläche zwischen dem Muster und der Anodenfläche zu erzeugen. Die Reaktionen an der Anode 15 sind in den

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Gleichungen 1) und .2) weiter oben gekennzeichnet, wobei an der Kathode 14- sich Wasserstoff bildet.

.Wenn ein oxydierender Strom eine einfache elektrolytische Lösung bei Abwesenheit von elektroaktivem Material passiert, bildet sich gasförmiger Sauerstoff, wie bei der anodischen Reaktion nach Gleiahung 1). Auf je vier Elektronen, die fe das Prüfgerät durchlaufen, bildet sich ein Molekül gasförmigen Sauerstoffs. Daher besteht eine Beziehung zwischen der Anzahl der Elektronen und der Menge des entstandenen Sauerstoffs (Faradaysch.es Gesetz). Ist ein elektroaktiver organischer Stoff vorhanden, dann können Elektronen auch zur Anode gelangen und zwar durch eine anodische Reaktion, wie in Gleichung 2) gekennzeichnet. Wird die gleiche Zahl von Elektronen übertragen wie. zuvor, dann bildet sich eine geringere Menge an Sauerstoff, weil die Elektronen durch Reaktionen nach beiden GMchungen 1) und 2) zur Elektrode gelangen.

ITach der Erfindung bewegen sich deshalb eine festgelegte Anzahl von Elektronen (bekannt als Goulombleistung) (coulombic input) durch das wässerige Muster. Hach einer vorangegangenen Kalibrierung mit reinem Wasser, etwa destilliertem Wasser wird das Anwachsen des !!eildrucks

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dos ,Sauerstoffes "bei konstantem Volumen als die bekannte Coulomb-Leistung bestimmt. Der Sauerstoffbedarf des Husters mit seinen organischen Abfallprodukten sbeht in Beziehung zu dem Unterschied des Teildrucks des Sauerstoffs der beobachtet wird, wenn organisches Material vahanden ist oder nicht vorhanden ist. An dem Druckmesser 51 wird der Teildruck des Sauerstoffes abgelesen bis die Reaktion völlig zu Ende ist. Hierzu wird entweder die Elektrolyse über eine Zeit durchgeführt, von der man weiß, daß sie größer ist, als für die Coulomb-Leistung zur Vollendung der Reaktion erforderlich oder indem man den Strom durch die Zelle strömen läßt, bis die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung mit der des KaIibrationsschrittes gleich ist. Diese Methoden sind jede in der Kurve von Fig. 2 dargestellt, wo die Beziehung zwischen dem Sauerstoffteildruck über der Zeit bei konstanter Stromzufuhr aufgezeichnet ist.

In der Darstellung nach Fig. 2 sind die x^ahren Ablesungen, die man. für ein Muster erhält, das organische Abfallstoffe enthält als durchgezogene Linie dargestellt. Die Verlängerung des geraden Bereichs der Linie dieser Kurve schneidet die Abzisse an einem Punkt, der die Zeitdifferenz darstellt, die den Grad der Verschmutzung des Musters

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bedeutet. Mit anderen Worten, mit den Anwachsen des Zeitunterschiedes wird der Sauerstoffbedarf größer, und umgekehrt, wenn das angezeigte Zeitintervall verkleinert wird, ■ wird der Sauerstoffbedarf des Musters geringer. Wächst der Sauerstoffbedarf eines Musters, dann wachst auch die Differenz zwischen den Kalibrierdruck und dem beobachteten Druck, wo organische Abfallstoffe vorhanden sind. Bei diesem Ablauf ist also die Anzeige des Sauerstoffbedarfs gleich dem Teildruck, der an dem ausgewählten Endpunkt des Ablaufs beobachtet wird.

Um Gleichförmigkeit zu erreichen befindet sich das Muster vorzugsweise in einer Lösung von 1IT KOII, die einen pH-Wert von etwa 14- erzeugt. Die Lösung soll eine mäßig alkaline Lösung sein, deren pH-Wert in der Größenordnung von zumindest 1o liegt. Das IvOII verbindet sich mit dem COp bei der oxydierenden Reaktion des organischen Materials in der Lösung, weshalb der Teildruck von CO₂ ohne Bezug bei der Bestimmung des Teildruckes des gasförmigen Op in der Zelle 16 ist.

Einer typischen Bestimmung sollen die folgenden Bedingungen zugrundeliegen;

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Konstanter 3trom: 5oo Hillinrapere:

^lektrodeii (Anode,Kathode) ITickel (5oo cn^f~)

Elektrolyt Beigabe 11; KOII

rlustertenperatur: 3o C.

?Iustervo lumen: 1oo ecm

Kusterkonsentrationen: 5o,1oo,2oo & 4oo ppm

Diese Lösung wird dann über 5o Minuten behandelt, aber auch v:eniGer als Jo Kinuten, wenn eine erschöpfende Elektrolyse schon vorher erreicht ist. Die bei dem bevorsu3ten Verfahren nach dieser Erfindung erzielten Resultate, die oben beschrieben sind, schneiden bei Vergleich mit dem BOD-Iest günstig ab.

In der. !figuren 3 und 4 ist ein kontinuierlich arbeitendes Pr"·fgerät und das dazugehörige Verfahren beschrieben. Das Prüfgerät 4-o hat eine Zelle 4-1 mit einer Bodenwand, die aus einem porösen Filterstück 42 besteht. Elektroden sind die Kathode 4-3 und die Anode 44·, die durch die Wände der Seile 41 voneinander getrennt sind. Der poröse Filter 42 schützt die Anode 43 vor großen Partikeln. Die Zelle 41 kann irgendeine Form haben wenn nur die Anode 44 von dem Küster umströmt v/erden kann. Sin Sauerstoffdetektor 45 ist an einen Axis lauf 46 am oberen Ende der Zelle 41 angeschlossen. Dicker Sauerstoffdetektor 45 kann ein polaro-

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£jrapiiiseller, galvanischer, wärmeleitender oder pararaagnetisclier Detektor sein oder ganz einfach ein Saucrstoffströmungsmesser. In der Leitung 46 ist zwecks größerer Genauigkeit der Bestimmungen ein Gerät 47 zur Absorbtion von Kohlendioxid eingeschaltet, und dient damit dem gleichen Zweck wie zuvor die Zugabe von KOH zu dem Muster bei der Betätigung des Prüfgerätes 1o in Figur 1. Das Gerät 47 w entfernt COp aus dem Gastrom zum Detektor 45. Der Sauerstoffdetektor 45 hat eine Auslaufsleitung 48, die durch Leitungsdrähte 5o und 51 an den Eingang eines Aufzeichnungsgerätes 49 angeschlossen ist, mit dem die Leistung des Sauerstoffdetektors 45 überwacht· wird.

Das Prüfgerät 4o ist an eine Gleichstromquelle 5o angeschlossen, deren Leistung durch den Widerstand 56 geregelt wird. Die Stromstärke wird an dem Meßgerät 57 abgelesen. Der Strom sollte gleichförmig gehalten werden um die Genauigkeit der Leistung des Prüfgerätes zu gewährleisten. Die Leitungsdrähte 59 und 60 "verbinden die Kathode 43 und die Anode 44 mit der Stromquelle 55· Die Leitungsdrähte 59 und 60 sind eingehüllt in elektrisch isolierende und wasserdichte Überzüge 61 und 62 in die Zelle 41 eingeführt, um Streuungen der elektrolytischen Reaktion zu verhindern.

Die Arbeitsweise des Gerätes nach Figur 3> ist im Grunde genommen die gleiche wie die des Gerätes nach Figur 1.

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Ist das Prüf gerät 4o in Tätigkeit, dann ist die Anode 44 elektrisch mit der Kathode 43 durch gelöste Ionen in Verbindung, die in dem Abwasserstrom vorhanden sind, d.h. in dem wässerigen Muster. Der Strom aus der Quelle. 55 ist, wie schon gesagt, von gleichförmiger Leistung, damit .änderungen in dem elektrischen Widerstand des v/äs s er igen Musters kompensiert werden. Geprüft wird die augenblickliche Reaktionsgeschwindigkeit, wie sie durch die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung sichtbar wird. Der Wert der Leistung des■Gerätes 4o~ wird von dem Detektor 45 an den Rekorder 49 weitergemeldet, der den Sauerstoffstrom potentiometrisch anzeigt. Bei Abwesenheit von organischen Abfallstoffen erreicht die_Leistung" des Prüfgerätes 4o ein Maximum, weil aller Strom, der durch das Gerät hindurch strömt, zur Erzeugung von Sauerstoff benutzt wird. Sind in der Prüflösung organische Stoffe anwesend, beispielsweise Bestandteile, wie sie in Abwässern vorkommen, dann fällt die Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung auf einen niederen Wert ab entsprechend den Reaktionen die in den Gleichungen 1) und 2) vielter oben formuliert sind. Deshalb entspricht der Unterschied zwischen der Geschwindigkeit der Sauerstofferzeugung bei einem Muster und einem Kalibrierablauf, wie er durch die Leistung des Prüfgerätes für den Sauerstoffbedarf angezeigt wird, der Menge von organischem Material, das in der Lösung enthalten ist.

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In Figur 4 ist die Leistung des Prüfgerätes für den Sauerstoffbedarf nach. Figur 3 graphisch, dargestellt. Die Leistung des Sauerstoffbedarfprüfgerätes ist in willkürlichen Einheiten über der Zeit dargestellt, und als Maß für die Menge von organischen Substanzen in dera Muster nimmt man die Differenz zwischen der Leistung des Prüfgerätes bei der Bearbeitung des Musters im 7ergleich mit der Leistung des Prüfgerätes bei der Verarbeitung reinen oder destillierten Wassers.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

Vorrichtung zum Bestimmen des Sauerstoffbedarfs wässeriger Proben, gekennzeichnet durch eine Zelle (16,4o) mit der wässerigen Probe, eine Anode (15»44·) eingetaucht in die Probe (12) und in die ZeDLe, eine Kathode (14,45) außerhalb und nahe bei der Zelle und eingetaucht in die restliche Probe, eine Stromquelle (32,55) zum Anlegen des Elektrolysierstromes an Anode und Kathode mit einem Potential, das zur Erzeugung von Sauerstoffgas an der Berührungsfläche zwischen Probe und Anodenfläche ausreicht und von einer Stärke, die über die hinausgeht, die benötigt wird, um entweder die Probe elektrisch inaktiv zu machen oder um eine stabile elektrolytische Reaktionsgeschwindigkeit zu erreichen, und durch ein Instrument (31,45) zum Meßen der Geschwindigkeit, mit der Sauerstoffgas an der Berührungsfläche von Probe und Anode sich bildet und dadurch,'daß aus der Leistung der Sauerstoffbedarf des Musters hergeleitet wird.

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2. Vorrichtung nach. Anspruch 1, d a d u r c Ii gekennzeichnet, daß die Anode (15,44) der Zelle (16,41) und die Kathode (14,43) allesamt in einem Behälter (11) eingeschlossen sind, der die gesamte Probe (12) aufnimmt, daß eine Membran (19,42) im Strömungsgang des Ionenaustauchs zvjischen Anode und Kathode angeordnet ist und diese beiden Elektroden kuppelt und daß eine

fc Temperaturregelvorrichtung (28,29?Jo) angeordnet ist,

die die Temperatur der Probe in dem Behälter konstant hält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet., daß die Membran (19,42) für Ionen durchlässig ist, so, daß der gesamte Ionenaustausch zwischen Anode (15,44) und Kathode (14,43) durch die Membran erfolgen muß.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (19,42) eine Wand der Anodenzelle (16,41) bildet und durch sie hindurch eine Druckdifferenz in der Probe erhalten wird.
5· Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, ε-gekennzeichnet durch ein drucko.rpfindliches Instrument (31 »49) am Auslaß der

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Zelle (16,41), womit aus dem Teildruck des S_auerstoffgases, das in der Zelle an der Oberfläche zwischen Huster und Anode sich "bildet, die Größe der Erzeugung hergeleitet wird.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5? dadurch ge kenn zeichnet, daß ein Sauerstoffdetektor (45) an einen Auslaß (46) der Zelle (41) mit der Anode (44) angeschlossen ist, mit dem aus der Strömung gasförmigen Sauerstoffes der in der Zelle bei der Elektrolyse sich an der gemeinsamen Oberfläche von Zelle und Muster bildet, die Größe seiner Erzeugung abgeleitet wird.
7. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekennzeichnet durch ein Mittel zum entfernen von Kohlendioxyd aus der Zelle (11,41).
8. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Elelitrolysierstrom aus der' Stromquelle (32,55) zu der Ar;ode (15,44) und der Kathode (14,42) konstant gehalten wird.

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9. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, ge kenn ζ eichnetdurch eine Anode (15,44) und eine Kathode (14,43) aus nickel.
1o. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (19₅44) und die Kathode (14,43) von poröser Struktur sind.
11. Vorrichtung nach der Beschreibung und der Figur
12. Vorrichtung nach der Beschreibung und der Figur 3·
13. Verfahren zur Bestimmung des Sauerstoffbedarfs einer wässerigen Probe mit einer Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennz ei c h η e t, daß eine Anode (I5i44) und eine Kathode (14,43) in die Probe eingetaucht v/erden, daß an die Anode und an die Kathode ein Slektrolysierstrom angelegt wird, dessen Potential zur Erzeugung von gasförmigem Sauerstoff an der Berührungsfläche von Probe und Anode ausreicht und bei dessen Stärke die Probe entweder elektrisch inaktiv wird oder eine stabile elektrolytische Heaktionsgeschwindigkeit erreicht, und daß die Ge- : schwindigkeit gemessen wird, mit der sich Sauer-

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stoffgas an der Berührimgsstelle zwischen Anode (2) •und Probe bildet und daß der gefundene Wert als Maß für den Sauerstoffbedarf der Probe verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe beim Test auf einer gleichbleibenden Temperatur gehalten wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Probe beim Test auf einer Temperatur von 3o° C. gehalten wird.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß nan der Probe vor der Elektrolyse ein Alkalimetall-Hydroxyd zusetzt, so, daß sie einen pH-Wert von zumindest 1o erreicht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Probe Kaliumhydroxyd zugefügt wird.
18. Verfhren nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß der Probe Kaliumhydroxyd genau bis zum Erreichen der 1K-Konzentration zugesetzt wird.

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19· Verfahren nach den Ansprüchen 15. "bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolysierstrom bei der Elektrolyse auf gleicher Stärke gehalten wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Stärke des Elektrolysierstromes auf genau 5oo Milliampere gehalten wird.
21. Hach den Ansprüchen 15 "bis 2o, dia d u r ch g ekennz ei chnet, daß die Leistung vom Maß der Geschwindigkeit der Bildung von Sauerstoffgas an der Berührungsfläche zwischen der Probe und der Ar.ode (19»44) hergeleitet wird und die Geschwindigkeit mit einer kalibrierten Bezugsgeschwinkigkeit verglichen wird.

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