DE2813949A1 - Verfahren zur kontinuierlichen messung der enzymaktivitaet der biomasse in biologischen reinigungsanlagen und vorrichtung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur kontinuierlichen messung der enzymaktivitaet der biomasse in biologischen reinigungsanlagen und vorrichtung zur ausuebung des verfahrens

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DE2813949A1
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Marcel Dore
Jean-Pierre Dubreuil
Yam-Chin Rouas
Patrick Simon
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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Description

PATENTANWÄLTE:
DIETRICH LEWINSKY HBNZ-JOACHIMHUBER REiNER PRlETSCH M ö N CH E N 2 1 GOTTHARDSTR.81
10.219
31.3.1973
SOCIETE NATIONALE ELF AQUITAINE S.A.
Tour Aquitaine
92400 COURBEVOIE - Frankreich
Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität der Biomasse in biologischen Reinigungsanlagen und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Priorität aus der französichen Patentanmeldung Nr. 77 09955 vom 1. April 1977
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- «är -
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Enzyxnaktivität in biologischen Reinigungsanlagen für Stadt- und Industrieabwässer, sowie eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Der Wirkungsgrad von Reinigungsanlagen hängt ab von der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Stärke der Aktivität der Mikrobenpopulation oder Biomasse, die während der Behandlung mit den Abwässern in Kontakt steht. Man muß daher zu jedem Zeitpunkt die fragliche Aktivität mit Hilfe eines schnell arbeitenden Verfahrens bestimmen können. Nur unter diesen Umständen werden die Änderungen des Grades der Aktivität so rechtzeitig bekannt, daß man die Entwicklung durch geeignete Maßnahmen beeinflussen kann. Es ist vor allem besonders wichtig, daß man während des Beginns eines die Herabsetzung der Aktivität einleitenden Vorgangs eingreifen kann, da die Gefahr einer Beeinträchtigung der Biomasse sonst erheblich wird.
Wenn eine derartige Beeinträchtigung sich als Folge einer massiven Intoxikation der Bakterienpopulation manifestiert, ist ein längerer Ausfall der Anlage unvermeidlich.
Die bislang angewandten Methoden beruhen auf der Bestimmung der in Suspension befindlichen Materie oder des in Suspension befindlichen flüchtigen Materials. Diese letztere Messung umfaßt nicht nur die lebenden Mikroorganismen sondern auch die abgestorbenen Organismen sowie nichtbiologische, in Suspension befindliche flüchtige Substanzen. Diese Prüfungen sind daher unzureichend, wenn eine genaue Vorstellung über den Zustand der Biomasse und ihre
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-T-
Aktivität in einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt werden soll.
Respirometrische Verfahren, die von der Bestimmung der Geschwindigkeit des SauerstoffVerbrauchs ausgehen, liefern eine unmittelbare Aussage über den lebenden Anteil der Biomasse; ihre direkte Anwendung ist jedoch schwierig und umständlich, wenn sie in einem kontinuierlich messenden System arbeiten sollen.
Die quantitative Bestimmung von Belebtschlamm-Dehydrogenasen ist im Jahre 1964 auf der Zweiten Konferenz über die -Forschung auf dem Gebiet der Wasserverunreinigung in Tokio von G. LENHARD, L. NOURSE und H.H. SCHiSTARTS behandelt worden.
Die Anwendung von farblosem Triphenyltetrazoliumchlorid (abgekürzt TTC), das unter der Wirkung von Dehydrogenasen zu rotem Triphenylformazan (abgekürzt TF) reduziert wird, ist von verschiedenen Autoren vorgeschlagen worden, insbesondere von PHILI H. JONES und D. PRASAD in dem Journal of Water Pollution Control Federation (November 1969, Seite R441 bis R449 - Herausgeber: PETER J. PIECUCH - 3900 Wisconsin Av., N.W. WASHINGTON D.C. 20016).
Die bisher vorgenommenen Messungen haben jedoch zu widersprüchlichen Ergebnissen geführt, die insgesamt die Entwicklung der Oxidationsreaktionen der Biomasse nicht exakt wiedergeben.
In der französischen Patentschrift 2 302 281 vom 28.2.1975 empfehlen Roger BEN-AIM und Jean-Pierre LEGERON im Rahmen einer Differenzmethode die Anwendung einer begrenzten Menge TTC, um etwaige Wechselwirkungen zwischen dem TTC und dem TF und der Biomasse selbst zu vermeiden; die quantitative Bestimmung erfolgt dabei unter Lichtabschluß und in Abwe-
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senheit von Substraten, die in der Lage wären, das Reaktionsmilieu zu verändern. Unter derartigen Arbeitsbedingungen bei diskontinuierlichern Meßvorgang lassen sich die Messungen nur schwer mit der erforderlichen geringen Verzögerung durchführen, die angesichts der Notwendigkeit, bei Industrieanlagen schnell eingreifen zu können, erforderlich ist.
Mit der vorliegenden Erfindung sind diese Schwierigkeiten zu überwinden, indem die Enzymaktivität durch die Menge des unter definierten Bedingungen reduzierten TTC bestimmt wird.
Da nämlich TF wasserunlöslich ist, ist die Menge des reduzierten TTC direkt proportional der Konzentration an reduzierenden Dehydrogenasen im Verhältnis zu TTC, d.h. an Dehydrogenasen mit einem unter -80 mV liegenden Redox-Potential.
Die Aktivität kann also durch die Menge des unter bestimmten Umständen reduzierten TTC bestimmt werden, wofür das in Wasser unlösliche TF in ein organisches Lösungsmittel aufgenommen wird, dessen optische Dichte gemessen werden kann.
Um eine Größe messen zu können, die der Konzentration der Mikroorganismen, d.h. an Dehydrogenasen, proportional ist, müssen standardisierte Inkubationsbedxngungen festgelegt werden, d.h. Bedingungen, denen der Schlamm der biologischen Reinigungsanlage unabhängig von ihrer Belastung unterworfen werden kann, insbesondere die Sauerstoffkonzentration, die Zugabe von reduzierend wirkenden Stoffen, der pH der Fließprobe.
Die Sauerstoffkonzentration im Milieu muß konstant gehalten werden. Das allgemeine Schema einer Atmungskette zeigt nämlich, daß eine Konkurrenz zwischen dem Coenzym Q und
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dem TTC besteht, um das Flavin-adenin-dinucleotid in reduzierter Form (abgekürzt FADEU) zu oxidieren. E. KUN und L.G. ABOOD (Science, 144 (1949) 107, "Colorimetric estimation of succinic deshydrogenases by triphenyltetrazolium chloride") haben diese Konkurrenz nachgewiesen, indem sie unter aeroben und anaeroben Verhältnissen die Kinetik der Reduktion von TTC durch Bernsteinsäure-Dehydrogenase •untersucht haben, die aus Rattenleber extrahiert war. Die Dosierung kann daher reproduzierbar nur in dem Umfang sein, in dem das Verhältnis
oxidiertes Coenzym Q / TTC = konstant.
Diese Bedingung wird erfüllt, wenn unter dem Einfluß von zu einem solchen Ergebnis führenden Zusatzmitteln der Sauerstoffgehalt zu Beginn der Inkubation auf Null gebracht wird. Während der Inkubation bleibt dann nämlich der TTC-Anteil sehr groß gegenüber dem Anteil an oxidiertem Coenzym Q. Daher nimmt letzten Endes das TTC Elektronen auf.
Wir können also die quantitative Bestimmung der Aktivität als die Messung eines Elektronenflusses definieren. Dieser Elektronenfluß ist proportional der Konzentration von reduziertem liikotinamid-adenin-dinucleotid oder EADH2- Da die NADtLj'Konzentration von der Konzentration an Enzym (Dehydrogenase) und an assimilierbarem Substrat (als Substrat bezeichnet - z.B. Lactose) abhängt, ist der Elektronenfluß nur dann der Dehydrogenasekonzentration proportional, wenn dieses Substrat im Überschuß vorliegt.
Bei einem Überschuß an Substrat messen wir also ein Aktivitätspotential , das eine Konzentration von Enzym in dem Schlamm in einem vorgegebenen Seitpunkt, unabhängig
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von der in dem gleichen Seitpunkt bestehenden Substratkonzentration ausdrückt.
Es ist bekannt, daß die Enzymaktivität mit dem pH zunimmt, es ist erforderlich, den Wert dieses pH festzuhalten, sei es nur, um der Tatsache entgegenzuwirken, daß die Reduktion von TTC zu TF mit einem Sauerwerden des Milieus einhergeht. Eine Pufferlösung mit pH =7,5 entspricht dem pH, der in biologischen Reinigungsanlagen am häufigsten vorkommt.
DAs sind die drei allgemeinen oder Standard-Bedingungen für die Inkubation, die das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität der Biomasse kennzeichnen. Die Inkubationszeit und die Bedingungen für den Abbruch der Inkubation bilden den Gegenstand besonderer Eiqf ehlungen.
Bei einem derartigen Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität in biologischen Reinigungsanlagen werden ständig Abflußproben genommen, und diese Proben werden unter Standardbedingungen gebracht.
Ein Belebtschlamm stellt ein heterogenes Medium dar, in dem unterschiedliche Bakterienarten zusammenleben, wobei jede Bakterienart durch eine Mindest-Generationszeit gekennzeichnet ist, die von 16 Minuten für "Escherichia CoIi" bis zu 5 Std. 30 Minuten für "Rhizobium Japinicum" schwanken kann. In den meisten Fällen beträgt die Generationszeit jedoch größenordnungsmässig 20 Minuten.
Es scheint daher erforderlich zu sein, eine kürzere Inkubationszeit, etwa 15 Minuten, zu wählen, um eine Aktivität zu messen, die für eine Bakteriengeneration kennzeichnend ist.
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Die Maßnahme, TTC durch Sauerstoff als endgültigen Elektronenaufnehmer zu ersetzen, blockiert den Vorgang der oxidativen Phosphatbildung, der zur Bildung von Adenylpyrophosphorsäure oder ATP führt, welches Produkt zur Energiespeicherung im Bereich der Zelle dient. Das ATP wird neuerlich für den Stoffwechsel benutzt, von dem das Wachstum abhängt, und eine längere Inkubationszeit zu wählen, liefe darauf hinaus, eine Aktivität zu messen, die aus einem gestörten Wachstum resultierte.
In 15 Minuten kann man ein Aktivitätspotential messen, das einer Bakteriengeneration entspricht und ihrer Konzentration proportional ist.
Das Verfahren wird bei einer Temperatur ausgeübt, die dem Aktivitätsmaximum der in dem Milieu auftretenden Mikroorganismen entspricht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die Unterteilung der Probe in den Leitungen durch Einführen eines inerten Gases unter Temperaturverhältnissen vorgenommen, die für die Enzymaktivität einer Bakterienpopulation des untersuchten Abwassers und während eines vorgegebenen Zeitintervalls optimal sind,
- wird die Probe unter den genannten, für die Enzymaktivität optimalen Temperaturverhältnissen während einer vorgegebenen Zeit in Umlauf gehalten, die ausreicht, um die Standardbedingungen der Abwesenheit von Sauerstoff und des Puffermilieus gleichmässig zu verwirklichen ,
- wird der Probe Lactose oder ein anderes Substrat, das von der in der Biomasse enthaltenen Bakterienpopulation assimiliert wird, sowie ein dosierbarer Redox-Indikator
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zugeführt, der sich durch Reduktion in ein Produkt umwandeln läßt, das beispielsweise auf kolorimetrischem Wege quantitativ bestimmt werden kann,
und wird die Probe bei der gleichen optimalen Temperatur während einer als Inkubationszeit bezeichneten vorgegebenen Zeitspanne bewegt.
Nachdem sich herausgestellt hat, daß die enzymatischen Reaktionen durch die Zugabe des zur Extraktion verwendeten Alkohols nicht vollständig blockiert werden, sind zwei Vorrichtungen mit Erfolg eingesetzt worden; die eine Vorrichtung nutzt die Wirkung eines Wärmestoßes aus und die andere eine plötzliche Änderung des pH-Wertes, um die Enzymaktivität der Bakterienpopulation zu beseitigen.
Bei dem gleichen erfindungsgemäßen Verfahren
wird dann das entstandene Produkt mittels eines Lösungsmittels extrahiert und dadurch das genannte entstandene Produkt in der flüssigen Phase lokalisiert,
wird der Schlamm durch Absitzenlassen abgetrennt,
- und wird schließlich die Farbintensität der flüssigen Phase kolorimetrisch gemessen.
Bei einem solchen Verfahren wird als Redoxindikator vorzugsweise 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid verwendet, das zu Triphenylformazan reduziert wird.
Bei einer bevorzugten Anwendungsweise wird die Probe durch eine Zugabe von Natriumsulfat und Kobaltchlorid unter Standardverhältnisse eines reduzierenden Milieus mit einem Sau-
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erstoffanteil Null gebracht.
Ganz allgemein wird die Probe unter optimale Temperaturbedingungen gebracht, die je nach der Art der vorhandenen Bakterienstämme gewählt werden.
Die Enzymaktivität der Bakterienpopulation wird beseitigt, indem entweder die Temperatur auf einen über 65° C liegenden Wert gebracht und auf diesem Wert eine gewisse Zeit gehalten wird, oder indem der pH (beispielsweise durch Zugabe von Schwefelsäure) geändert wird.
Bei verschiedenen Ausführungsformen wird das entstandene Produkt extrahiert und in die flüssige Phase der Fließ" probe mit Hilfe eines Alkohols (z.B. Äthylalkohol) überführt.
Ausserdem handelt es sich bei dem durch die Bakterien assimilierbaren Substrat, das der Probe vor Inkubationsbeginn zugesetzt wird, um einen Zucker, insbesondere um Lactose.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die kontinuierliche Messung der Enzymaktivität von biologischen Reinigungsanlagen enthält eine erste Rohrleitung aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad vorgewählter Temperatur, welche Rohrleitung einen ersten Abschnitt aufweist,, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß dieser erste Abschnitt eine Misch- und Homogenisiereinrichtung darstellt, die durch eine Dosierpumpe mit Biomasse, mit Zusatzstoffen zur Reduktion von Sauerstoff und mit unterteilendem inertem Gas versorgt wird, und welche Rohrleitung einen zweiten zweiten Abschnitt aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß die von der Probe zum
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Hindurchlaufen benötigte Zeit, die von der Förderleistung der Dosierpumpe abhängt, auf 15 bis 20 Minuten festgelegt ist.
In der gleichen Vorrichtung befindet sich hinter der ersten Rohrleitung eine zweite Rohrleitung aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad vorgewählter Temperatur (zwischen 65 und 85 C) , welche zweite Rohrleitung an ihrem Anfang einen Rohransatz zum Einleiten einer Lösungsmittelmenge aufweist, auf welche zweite Rohrleitung eine Absitζvorrichtung mit zwei Entnahmeöffnungen folgt, von denen die erste zum Wegführen des extrahierten Schlamms und die zweite für die Überführung der flüssigen Phase in eine Rohrleitung dient, die in ein kolorimetrisches Meßgerät mündet.
Bei einer zweiten Ausführungsform enthält eine erfindungsgemäße Vorrichtung für die kontinuierliche Messung der Enzymaktivität von biologischen Reinigungsanlagen eine erste Rohrleitung aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad vorgewählter Temperatur, welche Rohrleitung einen ersten Abschnitt aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß dieser erste Abschnitt eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung darstellt, die durch eine Dosierpumpe mit Biomasse, mit Zusatzstoffen zur Reduktion von Sauerstoff und mit unterteilendem inertem Gas versorgt wird, und welche Rohrleitung einen zweiten Abschnitt aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß die von der Probe zum Hindurchlaufen benötigte Zeit, die von der Förderleistung der Pumpe abhängt, auf 15 bis 20 Minuten festgelegt ist. In der gleichen Vorrichtung befindet sich hinter der ersten Rohrleitung nach einem ersten Rohransatz für das Einleiten einer die Ak-
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tivität der Bakterien vollständig beseitigenden Substanz ein zweiter Rohransatz für das Einleiten des Lösungsmittels, auf welchen zweiten Rohransatz eine Absitzvorrichtung mit zwei Entnahmeöffnungen folgt, von denen die erste zum Wegführen des extrahierten Schlamms und die zweite für die überführung der flüssigen Phase in eine Rohrleitung dient, die in ein kolorimetrisches Meßgerät mündet.
Zum Erläutern der Erfindung werden anschliessend anhand der Zeichnungen zwei die Erfindung nicht beschränkende, schematisch dargestellte industriell einsetzbare Anlagen beschrieben.
Fig. IZ Schema einer Meßvorrichtung, bei der die Enzymaktivität durch einen Wärmestoß beseitigt wird;
Fig. 2 Schema einer Meßvorrichtung, bei der die Enzymaktivität durch Änderung des pH-Werts beseitigt wird.
Fig. 1 zeigt eine Rohrleitung 1, deren eines Ende la zur
kontinuierlichen Aufnahme von Proben aus einem nicht gezeichneten Zulauf dient; in der Rohrleitung 1 bewegt sich kontinuierlich eine Biomasse-Probe, und das andere Ende Ib der Rohrleitung 1 ist eine Auslaßöffnung. Das Ende la der Leitung 1 führt unmittelbar in eine Dosierpumpe 2, etwa eine Schlauchpumpe an sich bekannter Art; das durch die Schlauchpumpe 2 verlaufende Stück Ic der Leitung 1 besteht aus elastischem Material, beispielsweise einem Elastomer. Die Dosierpujpe 2 ist mit einem Leitungsteil Id an das folgende Bauteil angeschlossen, das aus zwei miteinander verbundenen Abschnitten Ie und If besteht; If liegt in Fließrichtung hinter Ie, und beide Abschnitte tauchen in ein Thermostatbad 3 ein. In das Leitungsstück Id münden mehrere Rohransätze zum Einleiten verschiedener Zusatzstoffe, insbesondere ein Rohr-
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ansatz 4 zum Einleiten von Na3SO3, ein Ansatzstück 5 zum Einleiten von C0CI2 und ein Ansatzstück 6 zum Einleiten von Stickstoff oder einem anderen inerten Gas.
Die verschiedenen Rohransätze 4, 5 und 6 stehen durch Leitungen 4', 5' und 6' mit nicht gezeichneten Bevorratungs- oder Speiseeinrichtungen für die verschiedenen Zusatzstoffe über Zuleitungen in Verbindunden, die durch ebensoviele Sektionen der Dosierpumpe 2 hindurchlaufen, wodurch jeder dieser Zusatzstoffe mit einer vorbestimmten Pließgeschwindigkeit und daher mit vorbestimmtem Durchsatz zugeführt wird.
Die Abschnitte Ie und If der Rohrleitung 1 bestehen aus einem Rohr mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten; das Rohr ist beispielsweise aus einer Metallegierung hergestellt, die im Hinblick auf sehr gute Korrosionsbeständigkeit ausgewählt ist.
Querschnitt, Länge und Windungsweg des Abschnitts Ie der Leitung 1 sind so gewählt, daß am Ausgang des Abschnitts Ie der Leitung 1 die Mischung hinsichtlich Temperatur, chemischer Zusammensetzung und biologischem Zustand als homogen angesehen werden kann.
Im übergang zwischen den Abschnitten Ie und If der Leitung 1 befindet sich ein Rohransatz 7 für das Einleiten einer Verbindung, die von den in der Probe vorhandenen Bakterien der Bakterienpopulation assimiliert werden kann, sowie eines Redox-Indikators. Der Rohransatz 7 steht in Verbindung mit Behältern, die getrennt die assimilierbare Verbindung und den Redox-Indikator enthalten; das Verbindungsstück 7' verläuft durch eine Sektion der schon erwähnten Dosierpumpe 2.
Querschnitt, Länge und Windungsweg des Abschnitts If der
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Leitung 1 sind so gewählt, daß die Fließprobe mit der ihr durch die Dosierpumpe aufgezwungenen Geschwindigkeit und mit den verschiedenen Zusatzstoffen, deren Durchsätze ebenfalls von der Dosierpumpe bestimmt sind, eine vorbestimmte Zeitspanne für das Durchfließen des Abschnitts If beansprucht.
Das Ende des Abschnitts If der Leitung 1 steht durch ein Leitungsstück Ig mit einem Leitungsstück lh in Verbindung, das in ein Thermostatbad 8 getaucht ist, in dem eine wesentlich höhere Temperatur herrscht als in dem Bad 3, so daß jede Enzymaktivität der Bakterienpopulation in der Fließprobe beseitigt wird.
Das Leitungsstück Ig weist einen Rohransatz 9 zum Einleiten eines Lösungsmittels für das farbige Produkt auf, in das sich der Redox-Indikator umgewandelt hat. Der Rohransatz 9 steht mit einem nicht gezeichneten Behälter durch ein Leitungsstück 9' in Verbindung, das durch eine Sektion der genannten Dosierpumpe 2 hindurchläuft. Als Lösungsmittel dienen Alkohole, beispielsweise C2H5OH.
Das Leitungsstück lh, das aus dem gleichen Material besteht wie die Leitungsabschnitte Ie und If, ist hinsichtlich seines Querschnitts, seiner Länge und seines Windungsweges so gewählt, daß eine bestimmte Durchlaufzeit eingehalten wird.
Ein Leitungsstück Ii verbindet das Leitungsstück lh mit einer Entgasungsvorrichtung 10 an sich bekannter Art, von der eine Leitung 11 für die Gasphase in Richtung zum Auslaß und eine Leitung Ij ausgehen, die zu einer Absitzvorrichtung 12 an sich bekannter Art führt.
Von der Absitzvorrichtung weg verlaufen eine Leitung 13
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für die Entnahme und die Wegführung des Schlamms in einen Auslaß sowie eine Leitung 1m zur Überführung der flüssigen Phase an den Eingang eines registrierenden Kolorimeters 14 an sich bekannter Art, das aus dem eigentlichen Kolorimeter 14 und einem getrennten Registriergerät 14' bestehen kann.
Am Ausgang des Kolorimeters geht das Leitungsstück Im in ein Leitungsstück In über, das als Auslaßleitung Ib aus der Vorrichtung austritt.
Die Leitung 13 und die Leitungsstücke Im und In verlaufen zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Durchflusses durch ebensoviele Sektionen der Dosierpumpe 2.
In Fig. 2 findet man die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wieder, abgesehen von dem Leitungsstück lh und dem Thermostatbad 8, die durch eine mit 81 bezeichnete Mischvorrichtung ersetzt sind, an der ein Rohransatz 15 für die Zuleitung einer die Enzymaktivität der Mikrobenpopulation hemmenden Substanz, z.B. Schwefelsäure, und der Rohransatz 9 vorgesehen sind.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Dosierpumpe besitzt so viele getrennte Durchlaßsektxonen, daß die Probe und die verschiedenen Zusatzstoffe in Bewegung gesetzt und die flüssige Phase sowie der Schlamm hinter der Absitzvorrichtung 12 wieder aufgenommen werden können, um sie in Bewegung zu halten, ferner Sektionen für die zum Kolorimeter 14 zu fördernde flüssige Phase und für den Transport des Schlamms zum Auslaß.
Vor ihrer Einführung in den Eingang des registrierenden Kolorimeters durchläuft die Probe folgende Verfahrensphasen:
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die Probe nimmt solche Mengen der Zusatzstoffe Na^SO-, und CoCl2 auf, daß der freie Sauerstoff vollständig beseitigt und der pH beispielsweise bei 7,5 festgehalten wird (gepuffertes Milieu),
die Fließprobe durchläuft einen Leitungsabschnitt 13, der in ein Thermostatbad eingetaucht ist, in dem eine für die Enzymaktivität optimale Temperatur aufrechterhalten wird, die im allgemeinen bei beispielsweise 37° C liegt. Am Ende des Fließweges ist die Probe hinsichtlich Temperatur und chemischer und biologischer Zusammensetzung homogen,
die Probe nimmt dann durch den Rohransatz 7 eine von den Bakterien assimilierbare Kohlenwasserstoffverbindung, z.B. Lactose, und einen Redox-Indikator auf, wobei als Indikator 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) gewählt ist,
die Probe durchsetzt dann im Verlaufe einer vorbestimmten Zeitspanne, beispielsweise während 15 Minuten, einen Leitungsabschnitt If bei einer Temperatur, die so gewählt ist, daß unter den Milieubedingungen der pH konstant (gepuffertes Milieu) und die Sauerstoffkonzentration Null bleibt, wobei unter diesen Bedingungen das TTC schließlich Elektronen aufnimmt, so daß die Dosierung unter reproduzierbaren Bedingungen stattfindet.
Dehydrogenasen reduzieren das 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) zu Triphenylformazan (TF) gemäß der Formel
c H C^N-N C6H5 + 2H _^
N=N C6H5 65
(farblos) (rot)
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Am Ende des Leitungsabschnitts If tritt ein Lösungsmittel für Triphenylformazan, beispielsweise C^Ht-OH, hinzu.
Dann wird die Probe in eine Vorrichtung geleitet, in der die Enzymreaktion abgebrochen wird. Das kann entweder durch einen Wärmestoß (Fig. 1) erfolgen., oder durch Zugabe einer hemmend wirkenden Verbindung, z.B. von Schwefelsäure (Fig. 2).
Nach einer Entgasung wird die Probe nun in eine Absitzvorrichtung 12 geleitet, wo der von rotem Triphenylformazan, das an den Festteilen angelagert war, befreite Schlamm abgetrennt und dem Auslaß zugeführt wird, und die das während der Inkubationsphase in dem Leitungsabschnitt If durch die Enzymaktivität entstandene gesamte Triphenylformazan enthaltende flüssige Phase wird an den Eingang des Registrierkolorimeters geführt.
Dieses Bestimmungsverfahren und die den Vorgang ausübende Vorrichtung ermöglichen die Messung der Enzymaktivität in allen unter aeroben oder anaeroben Bedingungen arbeitenden Fermentationssystemen.
Das Verfahren ist vor allem für die Feststellung der Möglichkeiten für die laborgesteuerte Aufbereitung von Industrieabwässern einsetzbar.
Wenn die Vorrichtung mit einer Mahlvorrichtung für nichtbiologische Suspensionen ausgestattet wird, kann die Aktivität einer in einer Belüftungsvorrichtung verwendeten Biomasse kontinuierlich aufgezeichnet werden.
Wenn die Vorrichtung im Zustrom einer Station angeordnet und das zu behandelnde Abwasser und die aufnehmende Bio-
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messe eingespeist werden, können die Umstände, die zu einer Vergiftung der Biomasse, beispielsweise durch ein giftiges Produkt führen, festgestellt und können vorbeugende Maßnahmen getroffen werden.
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Claims (1)

PATENTANWÄLTE DIETRICH LEWINSKY HHNZ-JOACHIMHUBER REINER PRlETSCH -Ύ- 3 1. ΜδΓΖ 1978 S00ARDSTRYi 2813949 *>.»< Ansprüche
1. Verfahren zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität der Biomasse in biologischen Reinigungsanlagen,
dadurch gekennzeichnet, daß
- kontinuierlich eine Probe Biomasse entnommen wird,
- die Probe unter Standardbedingungen gleichzeitig einem den Sauerstoffgehalt auf Null senkenden reduzierenden Medium und einem Puffermedium ausgesetzt wird,
- die Biomassenprobe während einer vorbestimmten Zeitspanne, deren Dauer so gewählt ist, daß die Standardverhältnisse: Abwesenheit von Sauerstoff und gepuffertes Milieu, in allen Teilen der Probe verwirklicht sind, unter den genannten, für die Enzymaktivität optimalen Temperaturbedingungen gehalten wird,
- der Probe eine von der vorliegenden Bakterienpopulation assimilierbare Verbindung und ein quantitativ bestimmbarer Redox-Indikator zugefügt werden, der sich durch Reduktion in ein quantitativ bestimmbares Produkt umzuwandeln vermag,
- die Fließprobe während einer als Inkubationszeit bezeichneten vorbestimmten Zeitspanne bei der gleichen optimalen Temperatur bewegt wird,
- die Enzymaktivität der Bakterienpopulation beseitigt wird,
- das quantitativ bestimmbare Produkt mit Hilfe eines Lösungsmittels extrahiert und auf diese Weise in die
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flüssige Phase der Probe überführt wird, der Schlamm durch Absitzen von der Probe getrennt wird,
das quantitativ bestimmbare Produkt in der flüssigen Phase gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Redox-Indikator 2,3,5-Triphenyltetrazoliumchlorid gewählt wird, das zu Triphenylformazan reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe durch Zugabe von Natriumsulfat und Cobaltchlorid auf die Standardverhältnisse eines auf den Sauerstoffgehalt Null reduzierenden Milieus gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Probe mit Hilfe eines unter den Bedingungen der gewählten optimalen Temperatur stehenden inerten Gases bewegt und unterteilt wird,
- die Enzymaktivität der Bakterienpopulation durch einen Wärmestoß beendet wird, indem die Temperatur auf einen vorbestimmten, über 65° C liegenden Wert gebracht und auf dieser Temperatur während einer weiteren Zeitspanne gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß - die Probe mit Hilfe einer unter den Bedingungen der
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gewählten optimalen Temperatur stehenden inerten Gases bewegt und unterteilt wird/ die Enzymaktivität der Bakterienpopulation durch eine Änderung des pH-Werts beseitigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das entstehende Produkt mit Hilfe eines Alkohols extrahiert und in die flüssige Phase der Fließprobe überführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als von den Bakterien assimilierbare Substanz ein Zucker gewählt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als von den Bakterien assimilierbarer Zucker Lactose gewählt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quantitativ bestimmbare Produkt in der flüssigen Phase kolorimetrisch gemessen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das quantitativ bestimmbareProdukt in der flüssigen Phase nach einer elektrochemischen Methode an dem Redox-Reagens vor oder nach der Reduktion gemessen wird.
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11. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität der Biomasse in biologischen Reinigungssysteinen,
gekennzeichnet durch eine erste Rohrleitung (1) aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad (3), dessen Temperatur in Abhängigkeit von der vorliegenden Bakterienpopulation gewählt ist, welche Rohrleitung (1) einen ersten Abschnitt (Ie) aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß er eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung darstellt, die durch eine Dosierpumpe (2) mit einer Probe, mit Zusatzstoffen zur Reduktion von Sauerstoff und mit inertem Gas versorgt wird, und welche Rohrleitung (1) einen zweiten Abschnitt (If) aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß die von der Probe zum Hindurchlaufen benötigte Zeit, die von der Förderleistung der Pumpe (2) abhängt, in Abhängigkeit von der Generationszeit der betreffenden Bakterienpopulation festgelegt ist, und durch eine hinter der ersten Rohrleitung (1) befindliche zweite Rohrleitung aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad (8), das sich auf einer über 65° C liegenden vorgewählten Temperatur befindet, welche zweite Rohrleitung an ihrem Anfang einen Rohransatz (9) zum Einleiten einer Lösungsmittelmenge aufweist, auf welche zweite Rohrleitung eine Absitzvorrichtung (12) mit zwei Entnahmeöffnungen folgt, von denen die erste zum Wegführen des extrahierten Schlamms und die zweite für die Überführung der flüssigen Phase der Probe in eine Rohrleitung (Im) dient, die in ein kolorimetrisches Meßgerät (14) mündet.
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12. Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung der Enzymaktivität von biologischen Reinigungssystemen, gekennzeichnet durch eine erste Rohrleitung (1) aus einem Material mit sehr gutem Wärmeübergangskoeffizienten, eingetaucht in ein Bad (3), dessen Temperatur in Abhängigkeit von der vorliegenden Bakterienpopulation gewählt ist, welche Rohrleitung einen ersten Abschnitt (Ie) aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß er eine Misch- und Homogenisierungseinrichtung darstellt, die durch eine Dosierpumpe (2) mit einer Probe, mit Zusatzstoffen zur Reduktion von Sauerstoff und mit inertem Gas versorgt wird, und welche Rohrleitung (1) einen zweiten Abschnitt (If) aufweist, dessen Länge, Querschnitt und Windungsweg so beschaffen sind, daß die von der Fließprobe zum Hindurchlaufen benötigte Zeit, die von der Förderleistung der Pumpe (2) abhängt, in Abhängigkeit von der Generationszeit der betrachteten Bakterienpopulation festgelegt ist, und durch ein hinter der ersten Rohrleitung befindliches System von zwei Rohransätzen (9, 15) für das Einleiten einer Lösungsmittelmenge und für das Einleiten einer die Aktivität der Bakterien in der Probe vollständig beendenden Substanz, auf welches System von Rohransätzen eine Absitzvorrichtung (12) folgt, die mit zwei Entnahmeöffnungen versehen ist, von denen die erste zum Wegführen des extrahierten Schlamms und die zweite für die Überführung der flüssigen Phase der Probe in eine Rohrleitung (Im) dient, die in ein kolorimetrisches Meßgerät (14) mündet.
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