DE2514609A1

DE2514609A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen akuter giftigkeit von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2514609A1
Application number: DE19752514609
Authority: DE
Inventors: Boman Bengt; Hakan Dipl Phys Bjoerndal; Peter Dr Ing Solyom
Original assignee: KAELLE REGULATOREN AB; KAELLE-REGULATOREN AB
Current assignee: BTG Kalle Inventing AB
Priority date: 1974-04-04
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1975-10-30
Also published as: DE2514609C2; FR2266885B1; NL7503921A; BE827546A; FR2266885A1; SE7404556L; JPS50142088A; GB1492637A; CA1038271A; SE381935B

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Messen akuter Giftigkeit von

Flüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen akuter Giftigkeit von wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, für die in biologischen Reinigungsanlagen befindlichen Mikroorganismen.

In derartigen Anlagen werden Abwässer durch Kontakt mit Mikroorganismen gereinigt, wobei Sauerstoff verbrauchende Stoffe abgebaut werden.

Die Mikroorganismen können jedoch vergiftet werden, d. h., ihre Atmung wird völlig oder teilweise verhindert, wenn die zufließenden Abwässer Substanzen enthalten, die eine akute toxische Wirkung auf die Mikroorganismen ausüben und wenn diese Substanzen in genügend hoher Konzentration vorhanden

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sind, d. h. in einer Konzentration, die höher ist als diejenige welcher die Mikroorganismen maximal ausgesetzt werden dürfen, ohne vergiftet zu werden.

Bekannte Verfahren zum Nachweis der Giftigkeit chemischer Substanzen sind zeitraubend und teuer. Man kann sie im wesentlichen in vier Hauptgruppen unterteilen:

1. Zuführung von toxischen Substanzen zu normal arbeitenden Standard-Reinigungsanlagen des Typs mit aktivem Schlamm, worauf anschließend die Verringerung der Wirksamkeit untersucht wird. Für eine verläßliche Beurteilung der Giftigkeit einer chemischen Substanz (Konzentrationshöhe eins (one concentration level)) wird eine Untersuchungszeit von etwa 3 Vochen benötigt.

2. Respirometrische Messungen am aktiven Schlamm in Abwesenheit einer Substanz, die leicht biologisch abgebaut werden

! kann, und in Abwesenheit bzw. Anwesenheit einer toxischen chemischen Substanz mit verschiedenen Konzentrationen. Die Untersuchung dauert etwa 1 bis 2 Wochen.

3. Züchtung von typischen Mikroorganismen in Rexnigungsanlagen, in Anwesenheit einer toxischen chemischen Substanz mit verschiedenen Konzentrationen. Dieses Verfahren ist ebenfalls zeitraubend.

4. Bestimmung der Dehydrogenase-Wirksamkeit in Anwesenheit

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einer toxischen chemischen Substanz mit verschiedenen Konzentrationen. Die Dehydrogenase-Wirksamkeit der Mikroorganismen wird vermittels TTC (Triphenyltetrazoliumchlorid) nachgewiesen. Diese Bestimmung stellt ein ziemlich kompliziertes Verfahren dar.

Es ist jedoch klar, daß die Anwesenheit einer akuten toxischen Substanz durch derartige Methoden erst entdeckt wird, wenn die Mikroorganismen bereits vergiftet sind. Wenn solch eine Substanz vorhanden ist, muß daher der Reinigungsprozeß unterbrochen und eine neue Kultur angelegt werden. Dies kann eine Stillegung der Anlage von mehreren Wochen bedeuten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Analyse wässriger Flüssigkeiten

! wie z. B. von Abwässern zu schaffen, welche sich auf die Anwesenheit von Substanzen bezieht, die für Mikroorganismen eine akute toxische Wirkung haben, wobei die Analyse ausgeführt

! werden soll, bevor die Flüssigkeit der biologischen Reinigungsstufe zugeführt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst mindestens ein Teil der Flüssigkeit bis fast zur Sättigung mit Sauerstoff durchlüftet wird, daß dann dieser Teil der Flüssigkeit ein biologisches Bad durchläuft und daß darauf der verbleibende Sauerstoffgehalt desjenigen Teiles der Flüssigkeit, der das biologische Bad verlassen hat, ge-

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messen wird, wobei die Lebendmasse des Bades im wesentlichen auf konstantem Niveau gehalten wird.

Das Verfahren kann erfindungsgemäß kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt werden.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Messen der akuten Giftigkeit in einer wässrigen Flüssigkeit, insbesondere in Abwässern. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen Vorentlüfter, in dem die zufließende Flüssigkeit fast vollständig mit Sauerstoff gesättigt wird, durch ein biologisches Bad und eine eine Sauerstoffelektrode enthaltende Einrichtung zur kontinuierlichen und intermittierenden Sauerstoff messung, welche den in der aus dem Bad abfließenden Flüssigkeit enthaltenen Sauerstoffgehalt mißt, wobei die Lebexidmasse des biologischen Bades auf mindestens einem Satz zweier sich gegenüberstehender, wechselweise beweglicher Flächen gezüchtet wird, zwischen denen Kanäle gebildet werden, welche den Kontakt der Flüssigkeit mit der Lebendmasse herstellen.

Der hierbei gebrachte Ausdruck "Sauerstoff" soll Sauerstoff in einer Form bedeuten, welche leicht von den Mikroorganismen in ihrem Stoffwechsel verwendet werden kann, und ist gewöhnlich synonym mit "freiem Sauerstoff".

In den anliegenden Figuren ist die Erfindung zeichnerisch

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erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine geeignete Ausfuhrungsform einer Vorrichtung nach

der Erfindung,
Fig. 2 eine alternative Ausführungsform des biologischen Teils

der erfindungsgeraaßen Vorrichtung im Schnitt, Fig. 3 den biologischen Teil nach Fig. 2 im Detail und

Fig. 4 den Sauerstoffgehalt einer ausfließenden Flüssigkeit !
j in Abhängigkeit von der Zeit, während der die Lebend-

j masse vergiftet wird.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird ein Teil der Flüssigkeit, die !untersucht werden soll, in den Vordurchlüfter 1 durch einen Einlaß 2 eingeführt und mit Luft in Verbindung gebracht, ; die durch eine Öffnung 3 zugeführt wird. Der Vordurchlüfter ist vorzugsweise so dimensioniert, daß die einfließende

Flüssigkeit fast mit Sauerstoff gesättigt wird. Hierauf wird

j die durchlüftete Flüssigkeit zur biologischen Abteilung 5 ge-

leitet, welche aus kreisförmigen Scheiben β, die um eine Achse

j 14 rotieren, sowie aus feststehenden Einlegeteilen 7 besteht.

J Diese Einlegeteile 7 sind so angeordnet, daß die rotierenden i Scheiben 6 zwischen ihnen liegen. Die Scheiben 6 und die Ein-

j legeteile 7 sind vorzugsweise parallel, jedoch ist dies nicht

! unbedingt nötig, und gewisse Abweichungen von der parallelen

• Anordnung können zugelassen werden. Durch eine derartige An-

I Ordnung erhält imn eine sehr gute Berührung zwischen dem Wasser

i und dem Biof Im. Der Biof Im wird sowohl auf den rotierenden

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als auch auf den feststehenden Teilen aufgebaut, und seine Dicke wird vermittels der Abreibung durch das fließende Wasser gesteuert. Eine besonders gute Steuerung und Konstanz der Dicke des Biofilms erhält man, wenn die Achse 14 so angeordnet ist, daß während ihrer Drehung auch eine schwingende Bewegung erzeugt wird. Da der Abstand zwischen den rotierenden Scheiben und den feststehenden Einlegescheiben variiert, wird ein Teil des Biofilms durch Berührung abgerieben. Die Flüssigkeit fließt von der biologischen Abteilung 5 durch eine Leitung 8 zur Meßabteilung, welche aus einer Sauerstoffeleketrode 9 und einem Halter 10 besteht, und welche so ausgelegt ist, daß die Flüssigkeit von der biologischen Abteilung an der Membrane der Sauerstoffelektrode mit einer derartigen Geschwindigkeit vorbeiströmt, daß die Meßabteilung nicht verstopft wird. Hierdurch wird eine kontinuierliche Messung des Sauerstoffs möglich Der Sauerstoffgehalt wird auf einem (nicht dargestellten) Registriergerät aufgezeichnet. Mit 11 ist der Auslaß für die Flüssigkeit bezeichnet.

Der Flüssigkeitsstrom durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auf der Basis der Atmung aktiven Schlamms dimensioniert. Wenn man frischen aktiven Schlamm zuführt, wird eine sauerstoffgesättigte Flüssigkeit in etwa 5 Minuten fast frei von Sauerstoff sein. Man hat deshalb eine Verweilzeit von 5 bis 6 Minuten in der biologischen Abteilung gewählt. Bei einem Volumen der biologischen Abteilung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, kann man einen Flüssigkeitsstrom von etwa 40 ml/mir

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erhalten.

Eine alternative Ausführungsform der biologischen Abteilung 5 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese besteht aus zwei sich gegenüberstehenden Scheiben 12 und 13, von denen mindestens eine rotierend angeordnet ist. Die Scheiben haben Flansche 16 und 17, wobei die Flansche der einen Scheibe in die Nuten zwischen den Flanschen der anderen Scheibe passen. Auf diese Weise wird eine sehr gute Berührungsfläche für die Flüssigkeit, welch« durch die zentrale Öffnung der Scheibe 13 einfließt, und den auf äeu Flanschen 16, 17 sowie auf den Oberflächen der Scheiben 12, 13 zwischen den Flanschen gebildeten Biofilm erzielt. Die Flansche 16, 17 können einen rechtwinkligen, einen kegelstumpfförmigen oder irgendeinen anderen geeigneten Querschnitt haben. Die Scheiben 12, 13 befinden sich in einem Behäl ter, und die Flüssigkeit wird vermittels Dichtungen zwischen den Behälterwänden und den Scheiben daran gehindert zu zirkulieren. Die Flüssigkeit wird durch die Leitung 8 im Behälter zur Sauerstoffmeßabteilung geleitet. Die rotierenden Scheiben können zentrisch oder exzentrisch auf der Achse montiert sein. Hierbei wird die Steuerung der Dicke des Biofilms auf die gleiche Weise erreicht, wie dies für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben worden ist.

Fig. 3 zeigt im einzelnen in einer Querschnittsdarstellung, wie die Flansche 16 auf der Scheibe 12 und die Flansche 17 auf der Scheibe 13 wechselweise ineinandergreifen.

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Wenn die Flüssigkeit die biologische Abteilung durchläuft, verbrauchen die Mikroorganismen Sauerstoff im Stoffwechsel des zerlegbaren Materials, welches im Substrat enthalten ist. Wenn sich in der Flüssigkeit eine chemische Substanz mit einer giftigen Konzentration befindet, wird der Stoffwechsel der Mikroorganismen verhindert, und ihr Sauerstoffverbrauch hört völlig oder teilweise auf. Der gemessene Sauerstoffanteil wächst nach etwa 5 Minuten, d. h. etwa entsprechend der Verweilzeit in der biologischen Abteilung; er erreicht seine maximale Konzentration nach einer von dem Vergiftungsgrad abhängigen Zeit. Eine solche Kurve ist in Fig. 4 dargestellt. Auf diese Weise kann, gemäß der Erfindung, die Anwesenheit von einer akuten toxischen Substanz im Abwasser bereits nach etwa 5-7 Minuten festgestellt werden. Man kann dann sofort entsprechende Maßnahmen einleiten,d. h., man kann z. B. die Zuführung von Flüssigkeit stoppen, oder man kann auch die Zuführung eines Teilstromes der Flüssigkeit zur biologischen Stufe der Reinigungsanlage abstellen. Diese Möglichkeit, schnelle Abhilfe zu schaffen, ist ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da es hierdurch möglich ist, eine Vergiftung der biologischen Stufe der Reinigungsanlage zu verhindern, welche eine Stilllegung der Anlage für etwa 2 bis 3 Wochen bedeuten würde. Demgegenüber kann eine neue Mikrobenkultur für die biologische Abteilung in der vorliegenden Vorrichtung in etwa 5 bis 6 Stunden wieder erzeugt werden.

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Abschließend sei die Erfindung nochmals wie folgt zusammengefaßt:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein kontinuierliches oder intermittierendes Verfahren zum Messen der akuten Giftigkeit von Abwässern. Das Verfahren besteht darin, daß zumindestens ein Teil der Flüssigkeit zunächst bis fast zur Sättigung mit Sauerstoff durchlüftet wird und dann ein biologisches Bad durchläuft, worauf der Sauerstoffgehalt der aus diesem Bad ausfließenden Flüssigkeit gemessen wird. Hierbei wird die Lebendmasse des Bades im wesentlichen auf konstantem Niveau gehalten. Die Vorrichtung enthält einen Vorentlüfter, in dem die zufließende Flüssigkeit fast vollständig mit Sauerstoff gesättigt wird, ein biologisches Bad und Mittel zum Messen des Sauerstoffgehalts der aus diesem Bad ausfließenden Flüssigkeit. Hierbei wird die Lebendmasse des Bades in der Vorrichtung auf mindestens einem Satz zweier sich gegenüberstehender, wechselweise beweglicher Flächen gezüchtet, zwischen denen Kanäle gebildet werden, welche den Kontakt der Flüssigkeit mit der Lebendmasse herstellen.

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Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zum Messen der akuten Giftigkeit von wässerigen Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, dadurch gekennzeichnet,

daß zunächst mindestens ein Teil der Flüssigkeit bis fast zur Sättigung mit Sauerstoff durchlüftet wird, daß dann dieser Teil der Flüssigkeit ein biologisches Bad durchläuft und daß darauf der verbleibende Sauerstoffgehalt desjenigen Teiles der Flüssigkeit, der das biologische Bad verlassen hat, gemessen wird, wobei die Lebendmasse des Bades im wesentlichen auf konstantem Niveau gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lebendmasse durch intermittierendes Abreiben im wesentlichen auf konstantem Mveau gehalten wird.

4. Vorrichtung zum Messen der akuten Giftigkeit in einer wässerigen Flüssigkeit, insbesondere in Abwässern, gekennzeichnet durch

einen Vorentlüfter (1), in dem die zufließende Flüssigkeit fast -vollständig mit Sauerstoff gesättigt wird, durch ein biologisches Bad (5) und. eine eine Sauerstoffelektrode (9) enthaltende Einrichtung zur kontinuierlichen oder intermittierenden Säuerstoffmessung, welche den in der aus dem Bad (5) abfließenden Flüssigkeit enthaltenen Sauerstoffgehalt misst, wobei die Lebendmasse des biologischen Bades (5) auf mindestens einem Satz zweier sich gegenüberstehender, wechselweise beweglicher Flächen (6, 7; 16, 17) gezüchtet wird, zwischen denen Kanäle gebildet werden, welche den Kontakt der Flüssigkeit mit der Lebendmasse herstellen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4-,
dadurch gekennzeichnet,

daß die beweglichen Flächen (6, 7; 16, 17) so angeordnet sind, daß der Abstand zwischen ihnen veränderlich ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 4-,
dadurch gekennzeichnet,

daß die beweglichen Flächen aus runden, um eine Achse (14-) rotierenden Scheiben (6) und feststehenden Einlegeteilen (7) bestehen, zwischen denen die rotierenden Scheiben (6) liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Achse (14-) so angeordnet ist, daß während der Drehung auch eine Schwingbewegung erzeugt wird.

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