DE2146127A1 - Vorrichtung zum messen des biochemischen sauerstoffbedarfs - Google Patents
Vorrichtung zum messen des biochemischen sauerstoffbedarfsInfo
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Description
DR. INO. E. HOFFMANN · DIPL. )N<4. vV, .EITLE · DH. HER. NAT. K. HOFFMANN
91AR197 D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 I ** V IZ /
Compagnie Nationale dfAmenagement de la Region du
Bas-Rhone Languedoc S.A., Nimes (Gard),Frankreich
Vorrichtung zum Messen des biochemischen Sauerstoffbedarfes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur automatischen und fortlaufenden Messung des
biochemischen Sauerstoffbedarfs einer Probe eines organischen reduzierenden Mediums, welches sich in
einem verschlossenen und luftdichten Behälter mit einem Gefäß bzw. einer Falle für Kohlensäuregas befindet,
und insbesondere auf eine Vorrichtung zur volumenmäßigen
Messung des biochemischen Sauerstoffbedarfs während einer zwischen einigen Stunden und mehreren Tagen
schwankenden Zeitdauer.
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Es ist bekannt, daß die Messung des biochemischen Sauerstoffbedarfes, im folgenden als D.B.O. abgekürzt,
darin besteht, die während einer vorgegebenen Zeit in einem vorgegebenen Medium, beispielsweise einer Flüssigkeit
oder einem lebende Mikroorganismen enthaltenden Nährboden, die Menge des verbrauchten Sauerstoffes zu
bestimmen. Diese Mikroorganismen sind aerobische Mikroorganismen, die organische Stoffe, die biologisch abbaufähig
sind, in diesem Medium unter Verwendung von Sauerstoff umwandeln. Die Messung des SauerstoffVerbrauches
ermöglicht also eine indirekte Untersuchung eines Mediums, Wasser oder Erde, seiner Entwicklung und
seiner Fähigkeit, sich selbst zu erneuern.
Die Messung des D.B.O. ist äußerst wichtig für die Untersuchung der Wasserverschmutzung durch ausfliessende
Stoffe, wo sie auch am häufigsten verwendet wird. Der Grad der Verschmutzung wird durch eine Messung des
D.B.O. während einer Zeitdauer von fünf Tagen bestimmt.
Die bis jetzt verwendeten Verfahren zur Messung des D.B.O. bringen viele Nachteile mit sich und ermöglichen
keine automatische Aufzeichnung.
Bei Verfahren mittels Verdünnung sind zahlreiche Verdünnungsmittel notwendig, außerdem werden die natürlichen
Oxydationsbedingungen organischer Medien nicht beachtet, während die in diesem Medium gehaltene Sauerstoff
menge sich während der Messung verringert.
Bei Verfahren mittels Überdruck wird der in einem abgeschlossenen wasserdichten Raum wegen der Sauerstoffabsorption
entstehende Teilunterdruck ausgewertet,
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womit jedoch eine Veränderung der natürlichen Bedingungen
verbunden ist.
Tatsächlich verändert sich die Zusammensetzung der mit dem zu untersuchenden Medium in Berührungen
stehenden Atmosphäre, wobei sich der Teildruck des Sauerstoffs und in gleicher Weise auch der Gesamtdruck
während der Messung verringert.
Um diesem Druckabfall entgegenzuwirken, wird ein Verfahren angewendet, bei dem eine Veränderung des Volumens
eine Wiederherstellung des Druckes durch allmähliche Verringerung des Volumens ermöglicht. Die Volumenverringerung,
die der Menge des verbrauchten Sauerstoffes entspricht, wird gemessen. Jedoch wirkt dieses
Verfahren nicht den anderen Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre, in welcher sich der
Sauerstoffanteil verändern wird, entgegen.
Bei diesem Verfahren ist es notwendig, Mikrometerschrauben zu verwenden, während nur sehr kleine Volumenänderungen
ausgeglichen werden können. Dieses Verfahren wird bei der Messung des SauerstoffVerbrauches
durch Bakterienkulturen in einem Nährmedium mit geringem Volumen angewendet, jedoch nicht bei der Messung
des Sauerstoffverbrauches in einem organischen Reduktionsrnediutn,
in welchem die Bakterien die Rolle eines biologischen Oxydationsmittels übernehmen.
Ebenso ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Messung der Entwicklung des SäuerstoffVerbrauches, sowie
des gesamten Verbrauches während einer bestimmten Zeit ermöglicht. Diese Vorrichtung wird mit einer elektrolytischen
Zelle betrieben, wobei die Intensität des
- i\ -
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Elektrolysestromes eine Punktion des Druckes innerhalb
des abgeschlossenen wasserdichten Raumes darstellt, in welchem das zu untersuchende Medium eingeschlossen ist.
Somit wird diese Intensität gemessen.
Ziel der Erfindung ist es, im Gegensatz zu den bereits bekannten Vorrichtungen einen Behälter mit konstantem
Sauerstoffdruck zu verwenden, wodurch alle bei den bereits bekannten Vorrichtungen und Verfahren aufgetretenen
Nachteile vermieden werden.
Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß der geschlossene
Behälter mit einem Sauerstofftank mit konstantem Druck verbunden ist, und daß die Vorrichtung eine
durch einen elektrischen Motor angetriebene Dosierpumpe umfaßt, welche dem Sauerstofftank Sauerstoffmengen entnimmt
und diese in den geschlossenen Behälter fördert, um im Inneren des geschlossenen Behälters den konstanten
Druck aufrechtzuerhalten, und daß eine Einrichtung zur fortlaufenden Aufzeichnung der geförderten Sauerstoff
mengen in Abhängigkeit von der Zeit vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Messung und Aufzeichnung der Gesamtmenge des durch in
einem vorgegebenen Medium gehaltenen Mikroorganismen verbrauchten Sauerstoffs, wobei diese Mikroorganismen
insbesondere in verschmutzten Gewässern während einer vorgegebenen Zeit gehalten werden. Ebenso kann die fortlaufende
Änderung des SäuerstoffVerbrauches während dieser
Zeit verfolgt werden. Dieser Verbrauch kann unter Beibehaltung eines konstanten Sauerstoffdrucks beobachtet
werden, wobei der Druck einen Teil des in der Atmosphäre außerhalb des Mediums herrschenden Sauerstoffdruckes
darstellt.
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Die Vorrichtung ist mit Einrichtungen zur Messung der dem Behälter zugeführten Sauerstoffmengen ausgestattet»
wobei die Meßergebnisse dem biochemischen Sauerstoffbedarf während der Meßzeit entsprechen.
Gemäß dem Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung mit einem Differentialdruckmesser ausgestattet,
der auf dem Behälter angeordnet und mit einem Kontakt ausgestattet ist, der in den Versorgungskreis eines eine
Pumpe antreibenden Motors eingeschaltet ist, welche im Tank Sauerstoff an - saugt und diesen in den Behälter
fördert.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Pumpe eine Dosierpumpe ist, und daß die Einrichtung
einen durch eine Nooke betätigten Kontakt aufweist, welche auf der Antriebswelle der Pumpe festgekeilt
ist, wobei der Kontakt bei jeder Umdrehung der Pumpe einen Impuls abgibt. Diese Impulse können graphisch
aufgezeichnet oder durch einen Impulszähler gezählt werden. Aufgrund dieser Aufzeichnung ist es möglich, die
fortlaufende Änderung des D.B.O. während der Meßzeit festzustellen.
Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel besteht die Pumpe in einer automatischen Einspritzeinrichtung,
welche durch einen in gleicher Weise durch eine Nooke betriebenen Motor angetrieben wird, wobei die Scheibe
über den Steuerschieber eines Dreiwegventils betrieben wird und die drei Durchlässe des Ventils so angeordnet
sind, daß der eine mittler Einspritzeinrichtung, der andere mit dem Sauerstofftank und der dritte mit dem inaktinischen
Gefäß, d.h. mit einem Gefäß mit Strahlenschutzwänden,
verbunden ist. Die Dosierpumpe kann eben-
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so durch eine peristaltische Pumpe gebildet sein, d.h. durch eine Pumpe, die mit einer oder mehreren Rollen
auf einen elastischen Schlauch drückt* Der Sauerstofft;ank
ist vorzugsweise mit einem elastischen Mantel ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgende Vorteile, Merkmale und Ergebnisse auf:
Die Tatsache, daß der Sauerstoffszur fortlaufenden
Wiederherstellung des Anfangdruckes wieder zugeführt wird, ermöglicht Messungen ohne wesentliche Änderung
der gesamten Druckbedingungen und.des Sauerstoffteildruckes,
unter welchem sich das zu untersuchende Medium befindet.
Dadurch, daß auf einem mit gleichmäßiger Geschwindigkeit ablaufenden Streifen die aufeinanderfolgenden
Säuerstoffzufuhren aufgezeichnet werden, sind
automatisch nach Ablauf einer Meßperiode die aufeinanderfolgenden Werte des D.B.O. und die fortlaufende Zeitänderung
des biochemischen Sauerstoffbedarfes bekannt.
Dieses letztere Meßergebnis bringt als Folgeerscheinung zahlreiche zusätzliche Angaben über die fortlaufende
Änderung mit sich und liefert ein neues Ergebnis, was bei den bisher verwendeten Verfahren nicht möglich
war. Es ist außerdem möglich, zahlreiche Anomalien und Unstimmigkeiten zu erklären, die im Verlauf vorangegangener
Untersuchungen festgestellt wurden, sowie die Aktivität der Bakterien während der Latenzzeit aufgrund
der Anpassung der Keime an das Medium festzustellen, wie auch eine unregelmäßige Aktivität aufgrund eines Fehlers
beim Beimpfen.
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Es ist zudem möglich, Störungen im Sauerstoffverbrauch festzustellen, die aufgrund einer vorzeitigen Einwirkung
der Salpeter erzeugenden Bakterien auftreten, sowie Abweichungen in der Zeit der theoretischen Ablagerung,
die bei dem D.B.O. fünf Tage beträgt, während der die Mikrobentätigkeit sehr intensiv ist, oder Abweichungen
in der Temperatur von 2o°C festzustellen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, daß die Impulse, die jeweils einer Zufuhr jeder
Dosiereinheit für Sauerstoff entspricht, numerisch aufgezeichnet werden können, und daß die numerischen
Werte in eine Datenverarbeitungsanlage eingegeben werden können, beispielsweise in ein Rechenwerk oder einen
Speicher, wo sie gespeichert oder für Rechenvorgänge verwendet werden können. Beispielsweise kann man aufgrund
dieser Eingaben automatisch Kurven für die fortlaufende Entwicklung des SauerstoffVerbrauches erstellen,
sowie Berechnungen über die die Abänderungen aufgrund der Beimpfung, numerische Vergleiche zwischen den verschiedenen
untersuchten Proben usw.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels, welches keine Einschränkung bedeuten soll, mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung
näher erläutert.
Die einzige Figur stellt einen Behälter 1 dar, welcher eine inaktinische Flasche darstellt, und wasserdicht
mit einem Pfropfen 2 verschlossen ist, welcher ein Dichtungsmittel 5 aufweist. Diese Flasche wird in ein
Bad 26 mit einer konstant gehaltenen Temperatur, im allgemeinen von 2o°C, eingetaucht, wobei dieses Bad mittels
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eines Wasserkühlungssystems oder eines Peltiersystems und eines entgegengesetzt wirkenden elektrischen Heizsystems
auf dieser Temperatur durch Steuerung eines Thermostaten gehalten wird. In dieser Flasche befindet
sich eine Plüssigkeitsprobe 4, bei der der D.B.O. untersucht
werden soll. Die Flüssigkeit 4 nimmt nur einen Teil der Flasche ein und wird von Luft unter atmosphärischem
Druck überlagert.
Ein Behälter bzw. eine Falle 5 für Kohlensäuregas
ist im Inneren des Behälters 1 angeordnet, der beispielsweise aus einer Schale besteht, welche eine konzentrierte
Soda- oder Kaliumlösung enthält. Im Behälter 1 ist eine durch einen elektrischen Motor 7 angetriebene
magnetische Rührplatte 6 angeordnet. Quer durch den Pfropfen erstreckt sich ein Rohr 8 in die Flasche 1,
von welchem darüber ein Differentialdruckmesser 9 mit
einem Kontakt Io abzweigt. Dieser Kontakt ist in Serie in den Versorgungskreis des Motors 11 eingeschaltet,
welcher eine Dosierpumpe antreibt. Der Bezugsdruck ist entweder gleich dem atmosphärischen Druck oder dem in
einem geschlossenen Behälter herrschenden Druck. Die abgebildete Dosierpumpe wird durch eine automatische
Einspritzeinrichtung 12,bestehend aus einem Zylinder
und einem Kolben 14 gebildet, wobei der Kolben abwechselnd durch ein System 15 aus Pleuel und Kurbel bewegt
wird, welches auf einer durch den Motor 11 in Drehung versetzten Scheibe 16 angelenkt ist.
Die Einspritzeinrichtung 12 steht über die Leitungen 17 mit einem Sauerstofftank l8 in Verbindung. Dieser
Tank besteht aus einem elastischen Mantel, so daß der darin befindliche Sauerstoff konstant unter atmosphä-
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rischem Druck gehalten wird.
Ebenso steht die Einspritzeinrichtung 12 mit dem in die Flasche einmündenden Rohr 8 in Verbindung.
Die Verbindungen zwischen der Einspritzeinrichtung, dem Sauerstofftank und dem Gefäß 1 sind durch ein Dreiwegventil
19 gesichert, dessen Verteilerschieber 2o durch einen angelenkten und über eine Nooke 22 auf der
Scheibe l6 betätigten Hebel 21 bewegt wird. Entgegen der Wirkung des Hebels 21 wirkt auf den Verteiler 2o
eine Feder 25. Wird der Hebel 21 nicht durch die Nocke
zurückgeschoben, so bewegt die Feder 2^ den Verteiler
in die in der Figur abgebildete Stellung, in welcher die Einspritzeinrichtung mit der Flasche in Verbindung
steht. Zu diesem Zeitpunkt gibt die Einspritzeinrichtung Flüssigkeit ab.
Im Gegensatz dazu wird während des Vorbeistreichens der Nocke 22 am Hebel 21 der Verteilerschieber
zurückbewegt, wodurch die Einspritzeinrichtung mit dem Sauerstofftank in Verbindung steht. Gleichzeitig bewegt
sich der Kolben 14 in der Einspritzeinrichtung in Richtung von oben nach unten, wodurch die Pumpe ansaugt.
Das Volumen des angesaugten und während jedes Weges der Pumpe in die Flasche geförderten Sauerstoff ist
ein Volumen, das bei konstantem Druck entsprechend dem während des Arbeitstaktes des Kolbens 14 ausgepumpten
Volumen konstant ist.
Als Beispiel sei eine Flasche mit einem Volumen von 500 ml angenommen, ein Nutzvolumen von 1 ml in der
Einspritzeinrichtung und der Kontakt des Druckmessers schließe sich bei einem Druck von 2 Millibar, so daß
die Einspritzeinrichtung den Druck in einem Arbeitsgang
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wieder herstellt. Man kann jedoch ebenso die Druckempfindlichkeit des Differentialdruckmessers so erhöhen, daß
die Einspritzeinrichtung so betätigt wird, daß sie den Druck mit kleinen Unterbrechungen wieder herstellt.
Das "Ventil 19 kann durch ein Klappventil zum Ansaugen und Fördern ersetzt werden; es ist jedoch
vorteilhafter, die Ventilklappen durch das Dreiwegventil 19 zu ersetzen, da somit Fehler aufgrund eines Versagens
der herkömmlichen Ventilklappen vermieden werden.
Ebenso kann die Vorrichtung einen Kontakt 24
aufweisen, der bei jeder Umdrehung der Scheibe 13 durch
die Nooke 22 betätigt wird und einen Impuls abgibt. Diese Impulse können in Form von Punkten auf einem Datenstreifen
25 aufgezeichnet werden, der sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit abrollt. Eine Auswertung der
durch diese Punkte gebildeten Kurve gibt Aufschlüsse über die Entwicklung des Sauerstoffbedarfs während der
Messung.
Die Impulse können ebenso auf einem Zählwerk aufgezeichnet werden, worauf sie in den Speicher eines
Rechenwerks eingegeben werden, wo man sie durch Durchführung verschiedener Rechenvorgänge anhand dieser Informationen
verwenden kann.
Verschiedene Vorrichtungen zur Messung können durch denselben Sauerstoffbehälter versorgt und an dieselbe
Aufzeichnungseinrichtung mit mehreren Eingängen angeschlossen werden.
Es liegt auf der Hand, daß für den Fachmann ver-
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schiedene Veränderungen innerhalb des Umfangs der Erfindung
bei der im vorhergehenden beschriebenen und nicht einschränkenden Ausführungsform der Vorrichtung
möglich sind.
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Claims (6)
1.) Vorrichtung zur automatischen und fortlaufenden Messung des biochemischen Sauerstoffbedarfs einer Probe
eines organischen reduzierten Mediums, welches sich in einem verschlossenen und luftdichten Behälter mit
einem Gefäß bzw. einer Falle für Kohlensäuregas befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der
geschlossene Behälter (l) mit einem Sauerstofftank (18)
mit konstantem Druck verbunden ist, und daß die Vorrichtung eine durch einen elektrischen Motor angetriebene
Dosierpumpe (12) umfaßt, welche dem Säuerstofftank
(l8) Sauerstoffmengen entnimmt und diese in den geschlossenen
Behälter (l) fördert, um im Inneren des geschlossenen Behälters (l) den konstanten Druck aufrecht zu erhalten,
und daß eine Einrichtung zur fortlaufenden Aufzeichnung der geförderten Sauerstoffmengen in Abhängigkeit
von der Zeit vorgesehen ist.
2. ' Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstofftank (l8)
aus einem elastischen Mantel gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e
kennzeichnet, daß sie einen Differentialdruckmesser (9) aufweist, welcher mit einem oberhalb des
geschlossenen Behälters (l) abzweigenden Kontakt (lo)
versehen ist, welcher in den Versorgungsstromkreis des Antriebsmotors (ll) der Dosierpumpe (12) eingeschaltet
ist.
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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Dosierpumpe
(12) mit einem durch eine Nocke (22) bei jedem Arbeitsgang der Pumpe betriebenen Kontakt (24), sowie
ein Zählwerk aufweist, welches graphisch die der Betätigung des Kontaktes (24) entsprechenden Impulse in
einer Kurve unter konstanter Abrollgeschwindigkeit aufzeichnet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t, daß die Dosierpumpe
(12) eine automatische Einspritzeinrichtung umfaßt, welche über eine die Nocken (22) tragende Exzenterscheibe
angetrieben ist, wobei die Nocke (22) einen Verteilerschieber (2o) eines Dreiwegventils (I9) betätigt,
dessen einer Kanal (17) mit der Einspritzeinrichtung (12), dessen zweiter Kanal mit dem Sauerstofftank
(18) und dessen dritter Kanal (8) mit dem die Probe enthaltenden geschlossenen Behälter (l) verbunden
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene
Behälter (l) in einem Behälter (26) angeordnet ist, dessen Temperatur über einen Thermostaten regelbar
ist und der Strahlenschutzwände aufweist.
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