DE29507428U1 - Device configuration for testing the microbiological degradation behavior of substances, goods and liquid media - Google Patents

Device configuration for testing the microbiological degradation behavior of substances, goods and liquid media

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Description

Gerätekonfiguration zur Prüfung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von Substanzen, Gütern und flüssigen MedienDevice configuration for testing the microbiological degradation behavior of substances, goods and liquid media

Stand der TechnikState of the art

Generell ist aus dem Stand der Technik zu erkennen, daß es eine ganze Anzahl von Verfahren und Geräten gibt, die den mikrobiologischen Abbauprozeß durch die Sauerstoffzehrung in dem leicht zugänglichen wäßrigen Medium oder auch in Schlämmen bestimmt. Dagegen existieren kaum solche Systeme für die Vermessung der Sauerstoffzehrung als Maßstab für die mikrobiologischen Bodenaktivitäten. In general, it can be seen from the current state of technology that there are a whole range of methods and devices that determine the microbiological degradation process through oxygen consumption in the easily accessible aqueous medium or in sludge. In contrast, there are hardly any systems for measuring oxygen consumption as a measure of microbiological soil activities.

Bekannt sind die Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs nach einer respirometrischen Verdünnungsmethode (DIN 38408) entweder mit Sauerstoffsonde oder nach einem amperometrischen Meßsystem. Die Bestimmung kann auch manometrisch, z.B. nach dem Warburgverfahren erfolgen. Das freiwerdende Kohlendioxid wird an Alkalien gebunden, so daß im Ergebnis der bakteriellen Veratmung ein Vakuum entsteht.The determination of the biochemical oxygen demand is known using a respirometric dilution method (DIN 38408) either with an oxygen probe or using an amperometric measuring system. The determination can also be carried out manometrically, e.g. using the Warburg method. The carbon dioxide released is bound to alkalis, so that a vacuum is created as a result of bacterial respiration.

Es gibt dazu zwei Grundverfahren. Das erste betrifft die Erfassung des Vakuums aus einem völlig geschlossenen System heraus (Warburg) und das zweite die Erfassung des ständig nachgelie-There are two basic methods for this. The first involves the detection of the vacuum from a completely closed system (Warburg) and the second involves the detection of the constantly lagging

ferten elektrolytisch erzeugten Sauerstoffes (Sapromat). Zur Abkürzung der Stägigen Versuchsdauer gibt es inzwischen auch Schnellmethoden, die den Sauerstoffverbrauch kontinuierlich bereits nach 3 Minuten ermitteln oder auch das toxische Verhalten überprüfen (Firma Stip). Es gibt auch Meßverfahren, die die Sauerstoffproduktion grüner Pflanzen in Abhängigkeit der Abwasserkonzentration bestimmen. Diesen Systemen ist stets das Grundprinzip eigen, die Meßaufgaben im Medium Wasser durchzuführen. electrolytically produced oxygen (Sapromat). To shorten the test duration, there are now also rapid methods that continuously determine oxygen consumption after just 3 minutes or check toxic behavior (Stip company). There are also measuring methods that determine the oxygen production of green plants depending on the wastewater concentration. These systems always have the basic principle of carrying out the measuring tasks in water.

Es gibt noch zahlreiche Verfahren, die eine toxische Wirkung unabhängig vom Umgebungsmedium auf isolierten Trägerplatten durch veränderte Meßsignale feststellen (DE 3903778, DE 3808223, OS 3119269, DE 3833628). Ein weiteres Verfahren prüft die aerobe mikrobielle Abbaubarkeit zu Komposten, indem mit einem Wassergehalt von 40 - 60 % zwischen 40 - 75 Grad Celsius sauerstoffhaltiges Gas zugeführt wird und das gebildete Kohlendioxid vermessen wird.There are numerous other methods that determine a toxic effect on isolated carrier plates, independent of the ambient medium, through altered measurement signals (DE 3903778, DE 3808223, OS 3119269, DE 3833628). Another method tests the aerobic microbial degradability to compost by adding oxygen-containing gas with a water content of 40 - 60% between 40 - 75 degrees Celsius and measuring the carbon dioxide formed.

In einer Patentschrift wird bereits darauf verwiesen, daß kontaminierte Böden sich durch eine veränderte Sauerstoffveratmung zu erkennen geben (OS 3118651). Die mikrobiologische Aktivität im Boden bzw. Wasser wird mit Dimethylsulfoxid erfolgreich bewertet (DE 3907164). Die schlechte Zugänglichkeit des BodensA patent document already indicates that contaminated soils can be identified by altered oxygen respiration (OS 3118651). The microbiological activity in soil or water is successfully assessed using dimethyl sulfoxide (DE 3907164). The poor accessibility of the soil

für Meßaufgaben wird oft noch so gelöst, daß der Bodenextrakt vermessen wird, z.B. als Neutralitätsabweichung (DE 4027284) oder als das vielversprechende Microtox Solid-Phasen-Testsystem mit lumineszierenden Mikroorganismen (Heyl GmbH).For measurement tasks, the solution is often still that the soil extract is measured, e.g. as a neutrality deviation (DE 4027284) or as the promising Microtox solid phase test system with luminescent microorganisms (Heyl GmbH).

Weitere Verfahren für das komplexe Kompartiment Boden sind der Bakterientoxitätstest (BBA), der Regenwurmtest (ISO/DIS 11268-2) und der Leuchtbakterientest (DIN 38412-34) sowie der Algentest (OECD 201) - allerdings nur mit wäßrigen Extrakten.Other methods for the complex soil compartment are the bacterial toxicity test (BBA), the earthworm test (ISO/DIS 11268-2) and the luminescent bacteria test (DIN 38412-34) as well as the algae test (OECD 201) - but only with aqueous extracts.

Problemproblem

Der Zusammenhang zwischen mikrobieller Aktivität und Sauerstoffzehrung bzw. C02-Bildung ist hinreichend bewiesen und wird als Respirationskoeffizient gerätetechnisch genutzt. Nicht einsetzbar sind solche Systeme für das feste System Boden. Trotzdem muß der aerobe Abbau durch ständigen Luftkontakt gesichert werden. Der Boden muß seine typische Struktur beibehalten, einen ausreichenden Sauerstoffgradienten, eine hohe und gleichmäßige Wasseraktivität, genügend Sauerstoffbevorratung und natürlich über eine ausreichende Population von Mikroorganismen verfügen, wasThe connection between microbial activity and oxygen consumption or C02 formation has been sufficiently proven and is used in technical devices as a respiratory coefficient. Such systems cannot be used for the solid soil system. Nevertheless, aerobic decomposition must be ensured by constant contact with air. The soil must retain its typical structure, have a sufficient oxygen gradient, a high and uniform water activity, sufficient oxygen reserves and of course a sufficient population of microorganisms, which

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mit 10 bis 10 Individuen pro Gramm in der Regel gegeben ist.
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with 10 to 10 individuals per gram is usually given.

Weiterhin müssen die Sauerstoffwerte kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen gemessen und über Data-Logger und/oder PC ausgewertet werden. Mit dieser Methode können jederzeit Adaptionen, die endogene Wachstumsphase, Plateaubildungen und Störungen festgestellt werden.Furthermore, the oxygen levels must be measured continuously or at specific intervals and evaluated using a data logger and/or PC. This method can be used to identify adaptations, the endogenous growth phase, plateau formation and disturbances at any time.

Erfindunginvention

Ziel der Erfindung ist es, die für die Bewertung der mikrobiologischen Aktivität wichtige Sauerstoffzehrung von dem Medium Wasser auch auf den Boden als in-vivo-Verfahren durchzuführen. Im Vergleich zu einem Biindwert wird die aktuelle und potentielle Ätmungsrate als Atmungsquotient bei Zugabe der Testsubstanz festgestellt. Durch die Erfassung des ausgeatmeten
Kohlendioxides kann der Respirationsquotient und damit das Ausmaß der Mineralisation quantitativ bewertet werden.
The aim of the invention is to carry out the oxygen consumption from the medium water, which is important for the evaluation of microbiological activity, also on the soil as an in-vivo method. In comparison to a binding value, the current and potential respiratory rate is determined as a respiratory quotient when the test substance is added. By recording the exhaled
Carbon dioxide allows the respiratory quotient and thus the extent of mineralization to be quantitatively assessed.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention

Als in-vivo-Verfahren erfolgt die direkte Bestimmung der Bodenatmung unter optimierten Bedingungen. Die Messung erfolgt imAs an in-vivo method, soil respiration is directly determined under optimized conditions. The measurement is carried out in

darüberstehenden Luftvoluraen entweder als Vakuummessung durch Drucksensoren oder mit hochempfindlichen Miniatursensoren für Sauerstoff. Besondere Anforderungen werden an die Schüttelbewegung des Bodens gestellt, um durchweg einen gleichfeuchten und sauerstoffbeladenen Boden zu garantieren. Durch Zugabe von 40 - 60 % Wasser, bezogen auf das Bodengewicht, wird eine solche Konsistenz erzielt, daß sich Schüttler, vorzugsweise mit einer kombinierten Kreis-Taumel-Bewegung, optimal eignen. Damit sind die Austauschprozesse zwischen Boden, Wasser, Luft, Nährstoffe und Testsubstanzen gut gegeben. Das Kohlendioxid wird durch Alkalilaugen in einem Reagenzglas absorbiert und später durch Titration erfaßt.above air volumes either as a vacuum measurement by pressure sensors or with highly sensitive miniature sensors for oxygen. Special requirements are placed on the shaking movement of the soil in order to guarantee a consistently moist and oxygen-laden soil. By adding 40 - 60% water, based on the weight of the soil, such a consistency is achieved that shakers, preferably with a combined circular-tumbling movement, are ideal. This ensures that the exchange processes between soil, water, air, nutrients and test substances are well provided. The carbon dioxide is absorbed by alkali lye in a test tube and later recorded by titration.

Weiterbildung der ErfindungFurther development of the invention

Mit der Erfindung kann die biologische aerobe Abbaubarkeit von Substanzen durch Bodenmikroorganismen geprüft werden. Mit der Einrichtung ist es auch möglich, durch Umrüstung und Vorlimitierung des Sauerstoffes in der zweiten Etappe den anaeroben Bereich abzufahren. Dazu muß auf Methansensoren umgerüstet werden. Die C02-Bestimmung ist abermals durchzuführen.The invention can be used to test the biological aerobic degradability of substances by soil microorganisms. The device also makes it possible to run through the anaerobic area by converting and pre-limiting the oxygen in the second stage. To do this, it is necessary to convert to methane sensors. The CO2 determination must be carried out again.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur 1 erläutert. Die Figur 1 zeigt die Prinzipdarstellung der Gerätekonfiguration in der Vorderansicht mit dem Thermostatschrank 1, Schüttelapparat 2, Prüfmodule 3, Vakuumschläuche 4, Sensorenblöcke 5, Einlegeboden 6, Rohrdurchführung für Kabelbaum 7.An embodiment of the invention is explained using Figure 1. Figure 1 shows the basic representation of the device configuration in the front view with the thermostat cabinet 1, shaker 2, test modules 3, vacuum hoses 4, sensor blocks 5, shelf 6, pipe feedthrough for cable harness 7.

Claims (11)

Schutzansprüche Gerätekonfiguration zur Prüfung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von Substanzen, Gütern und flüssigen Medien.Protection claims Device configuration for testing the microbiological degradation behavior of substances, goods and liquid media. 1. Gerätekonfiguration zur Prüfung des mikrobiologischen Abbauverhaltens von Substanzen, Gütern und flüssigen Medien, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Thermostatschrank viereckige Glasflaschen mit definiertem Volumen (ca, 500 ml), integriertem Reagenzgefäß, lecksicherem Verschluß und Vakuumschlauch auf einem Schüttelapparat, vorzugsweise mit kombinierter Kreis-Taumel-Bewegung, liegend angeordnet und mit empfindlichen Drucksensoren oder direkt mit Sauerstoff-Miniatursensoren verbunden sind, welche die Veratmung des Sauerstoffs durch die Mikroorganismen kontinuierlich messen und die Meßergebnisse kontinuierlich oder in Zeitintervallen durch Data-Logger und/oder PC registriert werden.1. Device configuration for testing the microbiological degradation behavior of substances, goods and liquid media, characterized in that square glass bottles with a defined volume (approx. 500 ml), integrated reagent vessel, leak-proof closure and vacuum hose are arranged horizontally on a shaker, preferably with a combined circular-tumbling movement, in a thermostat cabinet and are connected to sensitive pressure sensors or directly to miniature oxygen sensors, which continuously measure the oxygen respiration by the microorganisms and the measurement results are recorded continuously or at time intervals by data loggers and/or PC. 2. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die viereckigen Glasflaschen durch geeignete Rahmen zu steckbaren Prüfmodulen mit unterschiedlicher Flaschenanzahl, vorzugsweise 3 oder 6, zusammengefaßt sind.2. Device configuration according to claim 1, characterized in that the square glass bottles are combined by suitable frames to form plug-in test modules with different numbers of bottles, preferably 3 or 6. 3. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steckbaren Prüfmodule auf einem Schüttelapparat mit definierter Amplitude und Frequenz angeordnet sind und damit die in die Glasflaschen eingebrachten Reaktionspartner schonend durchmengt werden können. Der Boden befindet sich durch eine 40 - 60 %ige Wasserzumischung in einer fließfähigen
Konsistenz.
3. Device configuration according to claim 1, characterized in that the plug-in test modules are arranged on a shaker with a defined amplitude and frequency and thus the reactants introduced into the glass bottles can be gently mixed. The bottom is in a flowable solution due to a 40 - 60 % water mixture.
Consistency.
4. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasflaschen über guerschnittsstabile Vakuumschläuche gleicher Länge mit den Drucksensoren verbunden sind.4. Device configuration according to claim 1, characterized in that the glass bottles are connected to the pressure sensors via cross-sectionally stable vacuum hoses of the same length. 5. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Glasflaschen ein Reagenzröhrchen zur Aufnahme eines Absorbens befindet, welches mit dem Innenraum
Verbindung hat.
5. Device configuration according to claim 1, characterized in that in the glass bottles there is a test tube for receiving an absorbent, which is connected to the interior
connection.
6. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veratmung des Sauerstoffs durch die Mikroorganismen über empfindliche Drucksensoren oder direkt durch Sauerstoff Miniatursensoren kontinuierlich gemessen wird.6. Device configuration according to claim 1, characterized in that the respiration of oxygen by the microorganisms is continuously measured via sensitive pressure sensors or directly by miniature oxygen sensors. 7. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Äusgangssignale der zu Blöcken zusammengefaßten Drucksensoren oder Sauerstoff-Miniatursensoren kontinuierlich oder in Zeitintervallen über Data-Logger und/oder PC erfaßt werden.7. Device configuration according to claim 1, characterized in that the output signals of the pressure sensors or miniature oxygen sensors combined in blocks are recorded continuously or at time intervals via data logger and/or PC. 8. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Schüttelapparat, Prüfmodule und Sensoren zur Gewährleistung einer konstanten definierten Temperatur in einem Thermostatschrank befinden.8. Device configuration according to claim 1, characterized in that the shaker, test modules and sensors for ensuring a constant defined temperature are located in a thermostat cabinet. 9. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasflaschen über geeignete Adapter unmittelbar mit den Drucksensoren oder Sauerstoff-Miniatursensoren verbunden sind und damit die Vakuumschläuche für die Drucksensoren entfallen.9. Device configuration according to claim 1, characterized in that the glass bottles are connected directly to the pressure sensors or miniature oxygen sensors via suitable adapters, thus eliminating the need for vacuum hoses for the pressure sensors. 10.Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßumformer für die Sensoren außerhalb des Thermostatschrankes angeordnet sind.10.Device configuration according to claim 1, characterized in that the measuring transducers for the sensors are arranged outside the thermostat cabinet. &iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr; 11. Gerätekonfiguration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Umrüstung auf Methansensoren und Vorlimitierung des Sauerstoffs auch im anaeroben Bereich gefahren werden kann.11. Device configuration according to claim 1, characterized in that by converting to methane sensors and pre-limiting the oxygen, operation can also be carried out in the anaerobic range.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29607032U1 (en) * 1996-04-18 1997-09-18 Müller, Wolf-Rüdiger, Dr.-Ing., 70563 Stuttgart Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditions

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29607032U1 (en) * 1996-04-18 1997-09-18 Müller, Wolf-Rüdiger, Dr.-Ing., 70563 Stuttgart Device for recording the microbiological degradation behavior of solid and liquid substances under aerobic conditions

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