DE2651896A1

DE2651896A1 - Verfahren zum bestimmen der toxizitaet von waessrigen fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2651896A1
Application number: DE19762651896
Authority: DE
Inventors: Gerold Dr Gamer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-11-13
Filing date: 1976-11-13
Publication date: 1978-05-18

Description

Verfahren zum Bestimmen der Toxizität von wässrigen Flüssig-
keiten, Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der Toxizität von wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, unter Benutzung von Mikroorganismen, wobei die Mikroorganismen in einem Zuchtgefäß erzeugt werden und der Abfluß der Kulturflüssigkeit in einem bestimmten Verhältnis mit einem zu untersuchenden Probenstrom in einem Misch- bzw. Meß^-gefäß vermischt und der Rückgang der Sauerstoffzehrung als Maß für die Toxizi-tä-t des Probenstromes meßtechnisch erfaßt wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird die die Mikroorganismen enthaltende Kulturflüssigkeit im Verhältnis von etwa 1 : 1 mit dem lufrgesättigten Probenstrom vermischt. Zur Fests-tellung der toxischen Wirkung des Probenstromes steht hierbei nur ein geringer Meßeffekt zur Verfügung, so daß die größte Giftwiricung, die mit dem bekannten Verfahren erfaßt werden kann ohne den Probenstrom vorher zu verdünnen, der Wirkung einer Lösung von 10 mg Gyanid-Ionen pro liter Flüssigkeit entspricht. Die zugehörige Änderung des Sauerstoffgehaltes in der Meßzelle beträgt hierbei etwa 6 mg/l. Bei einem Gehalt von 1 mg Cyanid-Ionen pro liter beträgt die Änderung des Sauerstofigehaltes bereits 4 mg/l. Während man also für niedrige Konzentrationen einen großen Meßeffekt zur Verfügung hat, wird dieser mit zunehmender Konzentration der Giftstoffe immer kleiner. Der Zusammenhang zwischen Konzentration und Meßeffekt kann in grober Annäherung als logarithmisch bezeichnet werden. Die Folge dieses Zusannnenhanges ist nun, daß die mit den bekannten Verfahren erzielbare Meßgenauigkeit selbst im Bereich geringer Toxizität höchstens gerade noch annehmbar ist, ganz zu schweigen von den Bereichen höherer Konzentrationen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß bei gleichzeitiger Erweiterung des Meßbereichs auf höhere Giftkonsentratlonen die Meßgenauigkeit und Empfindlichkeit auch im unteren Meßbereich ohne großen aufwand erhöht ist.
Zur lösung dieser Aufgabe werden zwei Verfahren vorgeschlagen.! Das eine Verfahren besteht darin, daß der Probenstrom und/ oder die Kulturflüssigkeit mit Rein-Sauerstoff oder wenigstens mit sauerstoffangereicherter luft gesättigt und die Verweilzeit von Ealturflüssigkeit und Probe im Misch- bzw. Meßgefäß so gewählt wird, daß der Sauerstoff bei giftfreier Probe etwa vollständig aufgezehrt wird.
Sättigt man lediglich den Probenstrom mit reinem Sauerstoff, so wird durch die Probe gegenüber der luftsauerstoffsättigung fünfmal soviel Sauerstoff in das Misch- bzw. Meßgefäß eingebracht. Bei vollständiger Vergiftung der Mikroorganismen ergibt sich dann ein Meßwert von etwa 25 mg Sauerstoff pro Liter Der Meßeffekt erhöht sich also nahezu um 20 mg Sauerstoff pro Liter. Sättigt man die Kulturflüssigkeit mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter luft, so wird ebenfalls mehr Sauerstoff in die Meßzelle eingebracht und etwa die gleiche Wirkung erzielt. Selbstverständlich muß die Verweilzeit im Misch- bDl. Meßgefäß so bemessen sein, daß der größere Sauer-l stoffgehalt im Meßgefäß zur Vergrößerung des Meßeffekts ausgenutzt werden kann, d.h. die Verweilzeit muß etwa so gewählt sein, daß bei giftfreiem Probenstrom der Sauerstoff etwa vollständig aufgezehrt wird. Bei gleichzeitiger Sättigung von Kulturflüssigkeit und Probenstrom ist ein noch größerer Meßeffekt nutzbar.
Da, wie weiter oben erläutert, der Zusammenhang zwischen Giftkonzentration und Meßeffekt logarithmisch ist, wird durch die Sauerstoffsättigung eine erhebliche Steigerung der Meßgenauigkeit im unteren Meßbereich erzielt. Wegen des großen ausnutzbaren Meßeffekts von mehr als 20 mg Sauerstoff pro liter wird darüber hinaus auch im oberen Bereich eine beträchtliche Steigerung der Meßgenauigkeit erreicht und somit ein weiterer wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens beseitigt.
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, daß der Probenstrom mit Rein-Sauerstoff oder wenigstens mit sauerstoffangereicherter luft gesättigt und die Populationsdichte der Mikroorganismen in der Kulturflüssigkeit z.B. durch Zufuhr von Sauerstoff-und Nährstoffen erhöht und die Verweilzeit von Kulturflüssigkeit und Probe im Misch- bzw. Meßgefäß so gewählt wird, daß der Sauerstoff bei giftfreier Probe etwa vollständig aufgezehrt wird.
Bei der Wucht der Nikroorganismen unter Sauerstoffeinfluß läßt sich ihre Populationsdichte ohne weiteres erhöhen, z.B.
verdeppeln, so daß zur Sauerstoffaufzehrung nur eine kurze Verweilzeit im Misch- bzw. Meßgefäß erfordelich ist. Da andererseits im Misch- bsr. Meßgefäß jedoch nur die einfache Populationsdichte erforderlich ist, läßt sich das Mischungsverhältnis jetzt so abändern, daß z.B. ein Teil Kulturflüssigkeit mit zwei Teilen Probenflüssigkeit vermischt werden.
Hiermit werden die im Probenstrom mitgeführten Gifte durch die Flüssigkeit der Bakterienkultur weniger verdünnt, so daß die Menge der Gifte, die für den einzelnen Mikroorganismus wirksam werden, im Misch- bzw. Meßgefäß verdoppelt ist. Das Meßverfahren arbeitet somit wesentlich empfindlicher und kaniz Schwankungen der Giftkonzentration rascher folgen, da sich die Giftkonzentration im Misch- bzw. Meßgefäß wegen des gesteigerten Probenstroms rascher an Konzentrationsänderungen angleichen kann.
der Die Kombination von Rein-Sauerstoff-Irtul-tur mit/Sättigunh des Probenstromes mit Rein-Sauerstoff erhöht hierbei die Meßempfindlichkeit und den Meßbereich am weitgehendsten. Der maximal ausnutzbare Meßeffekt beträgt in diesem Fall bis zu 40 mg Sauerstoff pro Liter. Gleichzeitig erhöht sich die Langzeitstabilität der Meßwerte im Vergleich zum bekannton Verfahren.
Zusätzlich wird der Effekt wirksam, der bereits bei der Sättigung des Probenstroms mit Rein-Sauerstoff behandelt wurde.
Die Vergrößerung des Meßeffekts tritt in entsprechender Weise auch hier auf und führt zu den gleichen Verbesserungen.
Ein weiterer Vorteil der Sauerstoffbelüftung besteht darin, daß bei einer unsterilen Zuch-t der Mikroorganismen ein zusätzlicher Selektionsdruck auf die Kultur durch die toxische Wirkung des Rein-Sauerstoffs auf viele Mikroorganismen eintritt. Die flein-Sauerstoffbelüftung wirkt also s-tabilisierend auf die unsterile Zucht von Mikroorganismen und damit auf das Langzeitverhalten der Meßwerte.
Genügt in bestimmten Fällen eine geringere Empfindlichkeit, so läßt sich diese durch die Verwendung von sauerstoffangereicherter luft anstelle von Rein-Sauerstoff erreichen. Demn hierbei ist der Sauerstoffeintrag und damit die Meßempfind lichkeit geringer.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung einer für die Durchführung des Verfahrens geeigneten Apparatur und der Zeichnung hervor.
In einem mit einer Zulaufleitung 15 für die Nährflüssigkeit versehenen Zuchtgefäß 1 werden im Durchlauf-Verfahren Bakterien gezüchtet und über eine leitung 2 einem geschlossenen Misch- bzw. Meßgefäß 3 zugeleitet. In das Meßgefäß 3 ragt ein Sauerstoffmeßfühler 4, der an ein Verstärke- und Anzeigegerät 5 angeschlossen ist.
Ein hochliegendes, geschlossenes Sättigungsgefäß 6 ist mit dem Meßgefäß 3 über eine leitung 7 verbunden. Über eine leitung 8 wird dem Sättigungsgefäß 6 der zu untersuchende Probenstrom zugeftihrt. Das Znchtgefäß 1 sowie das Sättigungsgefäß 6 sind unter Zwischenschaltung von Regelorganen 9 über eine leitung 10 mit einer Sauerstoffquelle in Form einer Sauerstofflasche 11-verbunden.
Während des Betriebs werden im Zuchtgefäß 1 laufend Mikroorganismen gezüchtet und über die leitung 2 dem Mischgefäß 3 zugeführt. Der von der zu untersuchenden Flüssigkeit abgezwelw te Probenstrom wird über die leitung 8, das Sättigungsgefäß und über die leitung 7 ebenfalls dem Mischgefäß 3 zugeführt und hier mittels eines Rührers 13 vermischt. Solche Rührer 13 sind auch in den anderen Gefäßen vorhanden. Durch die Gifteinwirkung wird hierbei die lebenstätigkeit der Mikroorganismen verrringert und somit ihr Sauerstoffverbrauch herabgesetzt. Die Änderung des Sauerstoffgehaltes wird über den Sauerstoffmeßfühler 4 erfaßt, vom Verstärke- und Anseigegerät 5 angezeigt und als Maß für die Toxizität des Probenstromes benutzt. Da für die Messung das Durchlaufverfahren eingesetzt wird, ist an das Meßgefäß 3 noch eine Überlaufleitung 14 angeschlossen. Es wäre ebensogut möglich, die Messung quasi kontinuierlich durchzuführen.
Um günstige Wachstumsbedingungen für die Mikroorganismen im Zuchtgefäß 1 zu schaffen und somit ihre Populationsaichte zu erhöhen, vorzugsweise zu verdoppeln, ist dieses Gefäß an die Sauerstofflasche 11 angeschlossen, wobei der Sauerstoffzufluß über das Regelorgan 9 einstellbar ist. Hierdurch karin die Kulturflüssigkeit mit Sauerstoff gesättigt und/oder die Populationsdichte erhöhte werden, wobei die Sauerstoffaufnahme durch den Betrieb des Rührers 13 gefördert wird. Das Sättigungsgefäß 6 ist in der gleichen Weisemit der Sauerstofflasche 11 verbunden zur Sättigung des durchfließenden Probenstroms. Durch wahlweisen getrennten oder gleichzeitigen Einsatz dieser Maßnahmen läßt sich die Meßemfindlichkeit insbesondere im Bereich kleiner Giftgehalte wesentlich steigern.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Bestimmen der Toxizität von wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, unter Benutzung von Mikroorganismen, wobei die Mikroorganismen in einem Zuchtgefäß erzeugt werden und der Abfluß der Kulturflüssigkeit in einem bestiMt en Verhältnis mit einem zu untersuchenden Probenstrom in einem Misch- bzw. Meßgefäß vermischt und der Rückgang der Sauers-toffzehrung als Maß für die Toxizität des Probenstromes meßtechnisch erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenstrom und/ oder die Kulturflüssigkeit mit Rein-Sauerstoff oder wenigstens mit sauerstoffangereicherter Luft gesättigt und die Verweilzeit von Itilturflüssigkeit und Probe im Misch- bzw. Meßgefäß so gewählt wird, daß der Sauerstoff bei giftfreier Probe etwa vollständig aufgezehrt wird.
2. Verfahren zum Bestinunen der Toxizität von wässrigen Flüssigkeiten, insbesondere von Abwässern, unter Benutzung von Mikroorganismm, wobei die Mikroorganismen in einem Zuchtgefäß erzeugt werden und der Abfluß der Kulturflüssigkeit in einem bestimmten Verhältnis nit einem zu unter suchenden Probenstrom in einem Misch- bzw. Meßgefäß vermischt und der Rückgang der Sauerstoffzehrung als Maß für die Toxizität des Probenstromes meßtechnisch erfaßt wird, ~durch gekennzeichnet, daß der Probenstrom mit Rein-Saueri stoff oder wenigs-tem mit sauerstoffangereicherter luft gesättigt und die Populationsdichte der Mikroorganismen in der Kulturflüssigkeit z.B. durch Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen erhöht und die Verweilzeit von Kulturflüssigkeit und Probe im Misch- bzw. Meßgefäß so gewählt wird, daß der Sauerstoff bei giftfreier Probe etwa vollständig aufgezehrt wird.