DE2751467A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen analyse der umweltbelastung von luft, trink-, brauch- und abwasser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur automatischen analyse der umweltbelastung von luft, trink-, brauch- und abwasser

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Description

275U67
VEB CHEMIEKOMBINAT .BITT 3Ri1U ED Bitterfeld, 5. Juli 1977
1851
Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Analyse der Umweltbelastung von Luft, Trink-, Brauch— und Abwasser
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Srfindung betriffb ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Analyse der vorzugsweise gegen pflanzliche Organismen wirkenden Umweltbelastung von Luft, Trink-, Brauch- und Abwasser.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
L's ist bekannt, daß die für die Existenz von Mensch, Tier und Pflanze lebensnotwendigen Medien Luft und Wasser im Prozeß der wachsenden Industrialisierung und des raschen Anstiegs der Besiede lungsdichte in zunehmendem Maße mit Fremdstoffen vielfältiger Art belastet werden. Die Konzentration der - soweit bekannt - schädlichsten Fremdstoffe wird kontinuierlich oder diskontinuierlich mit geeigneten Meßgeräten oder Komplexen solcher Geräte automatisch oder manuell überwacht. Das gilt für Luft, Trink-, Brauch- und Abwasser gleichermaßen.
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Der bisher erreichte Stand der Technik erlaubt lediglich eine weitgehend automatisierte Überwachung einzelner der vielen an der Umweltbelastung von Luft, Trink-, Brauch- und Abwasser beteiligten Substanzen, so daß man deshalb gezwungen ist, soilie Untersuchungen auf die hinsichtlich ihres Mengenanteils beziehungsweise ihrer Gefährlichkeit für Lebensprozesse dominierenden Fremdsubstanzen zu beschränken, Verständlicherweise können aus den Ergebnissen solcher Spegialanalysen nur in sehr bescheidenem Maße Schlußfolgerungen hinsichtlich der komplexen Auswirkungen aller an der Umweltbelastung beteiligten stofflichen Komponenten auf wichtige Lebensprozesse bei Mensch, Tier und Pflanze abgeleitet werden. Solche Aussagen sind nicht quantifizierbar und müssen trotz modernster Analysengeräte spekulativ bleiben·
Die komplexen Auswirkungen aller an der Umweltbelastung beteiligten stofflichen Komponenten als Punktionseinheit auf Lebensprozesse können nur mit Hilfe von Lebewesen analysiert werden. Pflanzliche Lebewesen, die ja als autotrophe Organismengruppe entscheidenden Anteil an der Erhaltung des biologischen Gleichgewichts haben, sind im allgemeinen wegen ihrer relativ langsamen Reproduktion, der in gemäßigten Breiten sehr ausgedehnten physiologischen Stagnationsperioden und ihres nur mit großem Aufwand stabilisierbaren Bedingungsgefüges als TestOrganismen mit aktueller Aussagefähigkeit nur bedingt geeignet. Deshalb gibt es bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch kein automatisch arbeitendes Verfahren zur sohnellen Erfassung solcher Umweltbelastungen von Luft, Trink-, Brauch- und Abwasser, die die Lebensprozesse pflanzlicher Organismen, der entscheidenden Garanten für die UmweltStabilität, mehr oder minder tiefgreifend beeinflussen.
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ORIGINAL INSPECTED
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Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung, um einen komplexen Test der gesamten, die pflanzlichen Lebensprozesse beeinflussenden Umweltbelastung zu ermöglichen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man entwicklungssynchrone Zellsuspension coccaler Algen in Testferment ern mit umweltbelasteter Luft oder Wasser konfrontiert, mit entwicklungssynchroner Zellsuspension vergleicht, die in Norm-Testfermentern mit Normluft beziehungsweise Normwasser versorgt wird und die sich ergebenden Unterschiede hinsichtlich Zellwachstum, Zellentwicklung und Zellvermehrung automatisch mißt und registriert.
Als Testmaterial können alle synchronisierbaren Gattungen, Arten und Stämme coccaler GrUn- und/oder Blaualgen verwendet werden.
Sin automatisch arbeitender thermostatisierter Lichtfermenter unter reproduzierbaren Kulturbedingungen produziert mit Hilfe anorganischer Nährlösung, die von C02-haltiger Luft durchströmt wird, in einem stammspezifisehen Licht/Dunkelregime nach einmaliger Inokulation während eines Monats täglich eine definierte Menge Zellsuspension einheitlicher optischer Dichte, und diese Suspension wird zur Inokulation der Testfermenter und zur fieproduktion der Stammkultur bei gleichzeitiger Verdünnung mit frischem Nährmedium verwendet. Dieser Verdünnungsprozeß wird mit Hilfe einer elektronischen Steuerung so organisiert, daß vor jeder Neubeschickung des Liohtfennenters und der Testfermenter eine gründliche Selbstreinigung der Gefäß-, Schlauch- und Ventilsysteme erfolgt. Während der Lichtfermenter eine stationäre Belichtungseinrichtung besitzt, werden die
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Testfermenter von einem Lichtkarussell umgeben, das durch seine Drehbewegung jedem Fermenter den gleichen Liohtanteil sichert. Zusammen mit den übrigen Bedingungen - gleiche Nährlösung, gleiches Inokulum, gleiche Temperatur, gleiche Gefäßmaterialien und -dimensionen, gleiche Zeitabläufe entsteht so ein für alle Testfermenter einheitliches Bedingung sgefüge als Voraussetzung für einheitliche Y/achstums- und Vermehrungsleistungen der TestOrganismen. V/achstums- beziehungsweise Vermehrungsdifferenzen sind auschließlich auf Qualitätsdifferenzen in der den einzelnen Testfermentern /.ugeführten Testluft beziehungsweise bei Belüftung mit einheitlichem Gasgemisch auf die Unterschiede in den zu testenden '..'asserproben zurückzuführen.
Diese Unterschiede lassen sich im Vergleich zu Norm-Testfermentern - versorgt mit Normluft beziehungsweise Normwasser quantifizieren und in automatisch abgerufenen und automatisch aufgezeichneten Meßdaten speichern beziehungsweise bei Überschreitung wählbarer Schwellenwerte in Signale umwandeln.
Auf diese Weise können Pflanzenwachstum und -entwicklung gefährdende Emissionen in den Luftraum beziehungsweise phytoeffektive Bestandteile beliebiger '»Vasserarten innerhalb von Stunden sicher erfaßt werden, so daß entsprechende Gegenmaßnahmen noch rechtzeitig vor jedweden Auswirkungen auf Kulturpflanzen und Wildpflanzen unserer Umwelt möglich sind.
Ausführungsbeispjele
Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu erforderliche Vorrichtung sollen anhand der Zeichnung in den nachstehenden Beispielen näher erläutert werden.
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Beispiel 1:
Die Erfindung basiert auf einer Vorrichtung, die aus einem Lichtfermenter 6 und bis zu 16 Testfermentern 22, 59 besteht. Während diese Testfermenter 22, 59 von einem Lichtkarussell umgeben sind, dessen innerer und äußerer Lichtring 23, 61 für eine gleichmäßige Belichtung aller Testfermenter 22, 59 sorgt, verfügt der Lichtfermenter 6 über eine stationäre Belichtungseinrichtung aus Leuchtstofflampen 43. Lichtfermenter 6 und alle Testfermenter 22, 59 werden mit Hilfe eines Thermostaten-Verbundsystems, in das alle Temperiermäntel 45 und 60 einbezogen sind, einheitlich temperiert. Ebenfalls einheitlich ist die Versorgung aller Fermenter mit Nährlösung, die aus dem gekühlten Nährlösungsdepot 7 durch die Nährlösungspumpe 3 und die Leitungssysteme 2, 9, 54 zugeführt wird. Alle Entleerungs-, Spül- und Füllvorgänge werden durch eine elektronische Steuerung 44 der Magnetventile 4, 11, 26, 37, 41, 46, 47, 50 automatisch realisiert. Das Analysiersystem der Testfermenter 22, 59 besteht aus einer elektronischen Steuerung 19, die. Über eine Steuerleitung 18 mit einem Vielfachumschalter 16 verbunden ist, der programmgerecht Testsuspension aus allen Fermentern 22, 59 über die jeweiligen Saugleitungen 17 und die Zweiwege-Magnetventile 53 dem Analysator 15 zuführt. Von dort werden die Ergebnisse mittels Steuerleitung zum Vielfarbenschreiber 12 übertragen und dort graphisch fixiert.
Beispiel 2:
Zu Beginn einer Arbeitsperiode wird dem Lichtfermenter 6 und den Testfermentern 22, 59 aus dem gekühlten llährlösungsdepot entsprechend dem Programm der elektronischen Steuerung 44 über die Saugleitung 3, das Zweiwege-Magnetventil 4, die Nährlösungspumpe 3 und die Druckleitungen 2, 9, 40 und 54 eine einheitliche Nährlösung zugeführt, in den Fermentern durch niveauregler 8 und die entsprechenden Magnetventile 11 dosiert und mit Hilfe der Temperiermäntel 45, 60 des Thermostaten-
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Verbundsystems optimal temperiert. Erst dann injiziert der Dosierer 38 über das Magnetventil 41 und den Einlauf 42 das Inokulum für den Lichtfermenter 6,während die Testfermenter 22, 59 den ersten Zyklus mit reiner Nährlösung durchlaufen. Über das Zweiwege-Magnetventil 37 und die Saug-Druckleitung 39 des Dosierers 38 strömt eine definierte Menge Hormluft, die mit 2 % CO2 angereichert ist, in den gefüllten Liehtfernienter 6 und sichert dort hinreichende Turbulenz, Versorgung der suspendierten Algenzellen mit Kohlendioxyd und Abtransport des von der Zellsuspension produzierten Sauerstoffs. Gleichzeitig wird über die Leuchtstofflampen 43 intensiv belichtet, so daß die Autosporen des Inokulums in einer stamm- und bedirgungεspezifischen Zeitspanne zu Mutterzellen heranwachsen. Ist dieses Stadium erreicht, wird die Beleuchtung des Lichtfermenters 6 automatisch abgeschaltet und nur noch mit Normluft ohne zusätzliches COp begast, bis die Muttersellen ihre Autosporen quantitativ freigegeben haben. Die Zeitspanne bis zur quantitativen Autosporenfreisetzung ist wiederum stamm- und bedingungsspezifisch und in das Programm der elektronischen Steuerung eingearbeitet. Nach Abschluß der Dunkelzeit setzt programmgerecht ein komplexer Entleerungs-, Reinigungs- und Verdünnungsprozeß ein, der den Inhalt des Lichtfermenters 6 und der Testfermenter 22, 59 so erneuert, daß zum nächsten Verdünnungszeitpunkt eine Suspensionskultur gleichbleibender Qualität zur Verfügung steht beziehungsweise die Testaufgaben stets unter reproduzierbaren Bedingungen absolviert werden können.
Zunächst werden alle Permenter der Vorrichtung quantitativ über die Magnetventile 46 und 26 entleert, wobei über die Saug-Druckleitung 39 mit Hilfe eines Über das Magnetventil 37 und die Saugleitung 1 angelegten Unterdrücke der Dosierer 38 bei geschlossenem Magnetventil 41 mit Autosporensuspension aus dem Lichtfermenter 6 bis zu seiner Eiohmarke gefüllt wird.
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Das Inokulum der Testfermenter 22, 59 wird über den Auslaufstutzen 10, das Magnetventil 46 und den Verteiler 13 den Dosierern 48 zugeführt, die durch die Magnetventile 50 zu dieser Zeit unten geschlossen sind. Überschüssige Suspension fließt an der Eichmarke dieser Dosierer durch Öffnungen zur Kanalisation ab. Das in den Dosierern 38 und 48 deponierte Inokulum für lichtfermenter 6 und Testfermenter 59 gestattet eine automatische Reinigung aller Permenter und eine anschließende Maßfüllung mit eiskalter Nährlösung. Als Reinigungsflüssigkeit dient in jedem Falle Nährlösung, die auf dem schon vorgestellten Wege in die Permenter gepumpt wird und über die Magnetventile 47 und 26 quantitativ abfließt. Nach kurzer Zeit werden diese Ventile geschlossen. Dann füllen sich die Permenter mit eiskalter Nährlösung bis in Höhe des niveaureglers 8. überschüssiges Medium wird über das Magnetventil 11 abgeführt. Hat sich das Nährmedium mit Hilfe der Temperiermäntel 45 und 60 des Thermostaten-Verbundsystems hinreichend erwärmt, werden die Dosierer 38 und 48 über die Magnetventile 41 und 50 und die Einlaufe 42 und 51 in die Permenter entleert. Der Dosierer 38 wird danach durch einen Saug-Druck-Mechanismus mit frisch verdünnter Suspension des Tichtfermenters gespült. Die Dosierer 50 werden über das Magnetventil 46 durch kurze Suspensionsschübe aus dem Lichtfermenter oder durch Spülung mit Nährlösung gereinigt.
Sie mit frischem Nährmedium versehenen, temperierten und inokulierten Permenter werden dann belichtet und belüftet, so daß alle notwendigen Bedingungen für das Wachstum der Kulturen und damit für die periodische Reproduktion des gesamten Systems beziehungsweise für die Brfüllung beliebiger Testaufgaben gegeben sind.
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Beispiel 3:
Ist der automatische Test von Luft verschiedener Umweltbereiohe vorgesehen, so wird folgendermaßen verfahren:
- Der Lichtfermenter 6 wird - wie immer - mit Normluft begast, die 2 cio Kohlendioxyd enthält· Der Ferment er absolviert den programmierten Licht-Dunkel-Y'echsel.
- Die Testfermenter - automatisch entsprechend Beispiel 2 vorbereitet - werden einzeln ode5, in Gruppen an entsprechende Testluftkanäle angeschlossen, durch die Testluft aus dem jeweiligen Umweltbereieh. über Pumpen mit konstantem Druck herangeführt wird. Die Testluft wird über die Magnetventile 53 und die Gaseinleitungsrohre 58 in konstanter Menge in die Testsuspension geblasen und vermischt sich innig mit ihr.
- Je nach phytoeffektivem Schadstoffgehalt wirkt sich die Testluft, der in der Regel kein zusätzliches COp beigemischt wird, hemmend., fördernd oder tolerierend auf das Zellwachstum aus beziehungsweise beeinflußt mehr oder weniger die Zellentwicklung.
- Lfber das Zweiwege system der Magnetventile 53 kann nach Programm der elektronischen Steuerung durch die Saugleitungen und den Vielfachumschalter 16 Suspension aus jedem Testferment er in beliebiger Reihenfolge und in wählbaren Abständen dem Analysator 15 zugeführt werden.
- Der Analysator führt Absorptions- beziehungsweise Trübungsmessungen in beliebigen Wellenlängenbereichen des sichtbaren Lichts duroh und übermittelt die Ergebnisse an einen Vielfarbenschreiber 12, der sie graphisch für jeden Testfermenter gesondert fixiert.
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- Als Vergleichsbasis für alle mit Test luft beschickten Testfermenter 22, 59 dienen ein oder mehrere Testfermenter, die - ebenso wie der Lichtfermenter - mit Normluft versorgt werden, die jedoch kein zusätzliches CO2 enthält.
- Die ersten Testergebnisse stehen bereits nach wenigen Stunden zur Verfügung. Jeder Test ist innerhaltt von 24 Stunden abgeschlossen und kann automatisch bis zu einer Gesamtzeit von 30 Tagen wartungsfrei repitiert werden.
- Nach 30 Tagen sind alle Fermenter 6, 22 und 59 gegen gereinigte auszutauschen. Das Nährlösungsdepot ist zu füllen, das Funktionieren der Magnetventile und des Entleerungs-, Reinigungs- und Verdünnungsprozesses ist zu prüfen. Treten keine Punktionsstörungen auf, so ist die Regeneration der gesamten Vorrichtung' in zwei Stunden abgeschlossen. Die Tests können dann für weitere 30 Tage automatisch und wartungsfrei absolviert werden.
Beispiel 4:
Sollen Proben von Trink-, Brauch- oder Abwasser analysiert werden, nimmt die automatische Analyse folgenden Verlauf:
- Der Lichtfermenter 6 wird - ebenso wie alle Testfermenter 22, 59 mit Luft des Gerätestandortes begast. Während der Luftstrom für den Lichtfermenter - wie immer - mit 2 ','■ C0„ gemischt wird, können die Testfermenter mit oder ohne zusätzlichen C0„-Anteil gefahren werden.
- Die Nährlösungsversorgung des Lichtfermeriters erfolgt wie im Beispiel 2. Die Testfermenter dagegen werden mit Hilfe der Dosierer 48 mit einem Nährlösungskonzentrat- versorgt, dessen Zuführung über eine zweite Pumpe 3 aus einem zweiten gekühlten Depot 7 erfolgt. Vorher werden die Testfermenter nach Spülung bis zu einem wählbaren Niveau mit dem zu testen-
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der '.Yasser gefüllt, dem dann das Tiähr lösung skonzentrat zugemischt wird. Für die »'asserzuftthrung kann ein automatisches \-asserprobenentnahmegerät des VSB Kombinat Technisches Glas Ilmenau genutzt werden.
In gleicher V/eise wie im Beispiel 2 werden nach Temperierung die Testfermenter 22, 59 mit dem Produkt des lichtfermenters 6 inokuliert, der sich in diesem Prozeß wiederum selbst regeneriert.
Die Analyse der Einflüsse der zu testenden Wasserproben auf das Zellwachstum und die Zellentwicklung erfolgt - wie bereits im Beispiel 3 beschrieben - automatisch über den Analysator 15. Die Ergebnisse werden für $eae Kulturröhre gesondert vom Vielfarbenschreiber erfaßt und graphisch dargestellt·
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Aufstellung der verv/endeten Deζugszeichen
1 Saugleitung des Zweiwege-Magnetventils
2 Druckleitung der Nährlösungspumpe
3 I.ährlösungspumpe
A Zweiwege-Magnetventil für Nährlösung/Luft
5 Saugleitung der Nährlösungspumpe
6 Lichtfermenter
7 gekühltes ITährlösungsdepot
8 Niveauregler für Nährlösung im Iichtfermenter
9 Zuleitung für nährlösung zum Testfermenter
10 Auslaufstutzen für das Inolculum der Te st ferment er 22 und
11 Zweiwege-Magnetventil des luveaureglers für Nährlösung im Lichtfermenter 6
12 Vielfarbenschreiber des Analysiersystems
13 Verteiler für das Inokulum der Testfermenter 22 und
1/· Steuer leitungen zwischen Vielfachschreiber 12 und Analysator
15 Analysator
16 Vielfachunischalter des Analysier sy st ems
17 Saugleituiig des Analysiersystecis
18 "tonerleiturg des Vielfachuroschalters
19 elektronische Steuerung des Analyeicrcystems
20 "are.büeituRgpeystem der Tet'tfermenter 22 und
21 Haltevorrichtung für die Ter.tfermenter 2? Testfermentf-r
23 leuchtstofflampe des inneren Lichtrings
2h Zentralachce des Lichtkaruseells
25 Hnflektor des inneren Lichtrings
2b riagnetvontiü der. Testfermenters
27 £amr:ler für verbrauchte Test^uspension und Spülmittel
28 Ablauf der verbrauchten Test suspension
29 vVelle des LichtkarusseIls
30 Stromzuführung sum Schleifkontakt
31 tichleifring mit Schleifkontakt
32 Stromzuführung zum Schleifkontakt
33 Steckdose
34 Hauptschalter
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BAD ORIGINAL
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35 Basisteil der Zentralachse im Bereich des Karussellfußes
36 Normluftzuführung
37 Zweiwege-Magnetventil für Saugleitung 1 und Normluftzuführung 36
38 Dosierer für Inokulum
39 Saug-Druckleitung des Dosierers
40 Zuleitung für nährlösung zum Liohtfermenter
41 Magnetventil des Dosierers 38
42 Einlauf des Inokulums
43 leuchtstofflampe
44 elektronische Steuerung der Magnetventile
45 Temperiermantel des Lichtfermenters
46 Magnetventil für das Inokulum der Testfermenter
47 Magnetventil für dem Ablauf der restlichen Algensuspension und des Spülmittels
48 Dosierer für das Inokulum der Testfermenter
49 Testluftkanal
50 Magnetventil des Dosierers 48
51 Einlauf des Inokulums für Testfermenter
52 Zuleitung der Testluft
53 Zweiwege-Magnetventil für Testluft beziehungsweise zur Zuführung von Suspension zum Analysiersystem
54 Zuleitung für Nährlösung zum Testfermenter
55 Kopfteil des Testfermenters 59
56 Auflagering des Testfermenters
57 Heflektor des äußeren Lichtrings
58 Graseinleitungsrohr des Testferment er s
59 Testfermenter ·
60 Temperiermantel des Testfermenterβ
61 Leuchtstofflampe des äußeren Lichtrings
62 Sockel für den Sammler 27
63 Fassung der Leuchtstofflampe 61 des äußeren Lichtrings
64 Lauffläche des Karussellantriebs
65 Vorschaltgerät
66 Motor des Karussellantriebs
67 Potentiometer zum Hegeln der Drehzahl des Liohtkarussells
68 Sookel des Liohtkarussells
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Claims (4)

275H67 - yr - 1351 Erfindungsanspruche I
1. Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Analyee 3'jr Umweltbelastung von Luft, Trink-, Brauch- und Abwasser, gekennzeichnet dadurch, daß man entwiclclungssynchrone Zellsuspension coccaler Algen i:i Testfermentem mit un.-weltbelacteter Luft oder Y/asser konfrontiert, mit c:-:twicklun£5synchroner Zellsuspension vergleicht, die in ITo rm-Te st fermenter η mit lyormluft beziehungsweise liorr:- wasser versorgt wird und die sich ergebenden Unterschiede hinsichtlich Zellwachstum, Zellentwicklung und Zellvermehrung automatisch mißt und registriert.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Testmaterial alle synchronisierbaren Gattungen, Arten nnc Stämme coccaler Grünalgen verwendet werden.
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekenuzeichnet dadurch, rlai? alle Sattungen, Arten und Stämme suspendierbarer coccalsr Blaualgen als Testmaterial genutzt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß .ciinl-rt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus einem Lichtfermenter mit stationärer Belichtungseinrichtung und bis su 16 Testferment ern besteht, die von einem Lichtkarussell umgebe:: sind, wobei die gesamte Vorrichtung thermostatisierbar ist und alle Bntleerungs-, SpUl- und PUllvorgänge durch eine elektronische Steuerung von Hagnetventilen realisiert "/erden.
BAD ORfGlNAL
DE19772751467 1977-03-28 1977-11-18 Verfahren und vorrichtung zur automatischen analyse der umweltbelastung von luft, trink-, brauch- und abwasser Withdrawn DE2751467A1 (de)

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