PL80386B1 - - Google Patents

Description

Sposób automatycznego mierzenia i rejestracji zuzycia tlenu, wystepujacego w aerobowych procesach biochemicznych oraz ilosci gazów, wydzielajacych sie w anaerobowych procesach biochemicznych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu i Przedmiotem wynalazku jest sposób automatycz¬ nego mierzenia i rejestracji zuzycia tlenu, wyste¬ pujacego w aerobowych procesach biochemicznych, oraz ilosci gazów, wydzielajacych sie w anaerobo¬ wych procesach biochemicznych i urzadzenie do stosowania tego sposobu.Podczas samooczyszczania wód powierzchniowych oraz w procesie biologicznego oczyszczania scie¬ ków, zawarte w nich zanieczyszczenia organiczne sa rozkladane przez bakterie aerobowe, to znaczy bakterie zuzywajace itlen. Zuzycie tego tlenu okre¬ sla sie w technice oczyszczania scieków jako „bio¬ chemiczne zuzycie tlenu" albo w skrócie BZT. Tak samo mozna nazwac .zuzycie tlenu wystepujace w kazdym procesie fermentacyjnym. BZT jest naj¬ wazniejszym wskaznikiem informujacym o stopniu zanieczyszczenia scieku skladnikami organicznymi oraz o mozliwosci rozlozenia ich na drodze biolo¬ gicznej.Najstarsza, ale jeszcze obecnie najbardziej rozpo¬ wszechniona metoda oznaczania BZT [1, 2] polega na jodometrycznym oznaczaniu spadku stezenia tle¬ nu w scieku o odpowiednim rozcienczeniu. Wada¬ mi tej metody sa: koniecznosc stosowania duzego rozcienczenia, duze .zuzycie czasu i szklanych przy¬ rzadów oraz zapotrzebowanie powierzchni labora¬ toryjnej.W celu wyeliminowania wyzej wymienionych trudnosci próbowano juz od dluzszego czasu zna- 15 20 25 30 lezc sposób wykonywania pomiarów zuzycia tlenu przez wieksze ilosci nierozclenczonych scieków lub mieszaniny aktywnych ilów. Pierwszym aparatem nadajacym sie do tego celu byl aparat zapropono¬ wany przez Sierpa [3], umozliwiajacy pomiar zmniejszania sie objetosci tlenu, znajdujacego sie w zamknietej przestrzeni nad powierzchnia scieku.Za pomoca aparatu Warburga [4] uzywanego w laboratoriach biochemicznych i w laboratoriach zaj-. mujacyeh sie badaniem scieków, mozna mierzyc spadek cisnienia tlenu, znajdujacego sie równiez w zamknietej przestrzeni i z otrzymanych wyni¬ ków obliczac BZT.W ostatnim dziesiecioleciu wielu autorów za¬ proponowalo szereg innych aparatów przeznaczo¬ nych do pomiaru zuzycia tlenu pod stalym cisnie¬ niem lub w stalej objetosci [5, 6]. Wspólna wada tych wszystkich aparatów jest to, ze pomiary nie odbywaja sie automatycznie, wymagaja wiec sta¬ lego dozoru, co w przypadku pomiarów trwaja¬ cych kilka dni stanowi trudnosc nie do pokonania.Pierwszy automatyczny aparat do pomiarów BZT pochodzi od Clarka [7]. Od czasu wynalezienia apa¬ rat ten zostal wielokrotnie ulepszony [8, 9].- Za po¬ moca aparatu Clarka mierzy sie zuzycie tlenu pod stalym 'cisnieniem i w stalej objetosci, co osiaga sie przez uzupelnienie ilosci zuzytego tlenu, tle¬ nem pochodzacym z elektrolizy sterowanej mano- metrycznie. Na tej samej zasadzie opiera sie apa¬ rat znany pod nazwa „Sapromat", firmy Yoight 803863 80386 4 J. M. GambH, Heidenheim, Niemiecka Republika Federalna. [10].Mniej kosztowny aparat zostal opracowany przez Jenkinsa [11]. Za pomoca tego aparatu mierzy sie zuzycie tlenu równiez pod stalym cisnieniem, uzu¬ pelniajac jego ilosc wzorcowanymi pipetami, za¬ silanymi ze zbiornika przez zawory o napedzie elektrycznym. Liczy sie automatycznie ilosc dawek doprowadzanego tlemu.Celem wynalazku jest opracowanie metody umo¬ zliwiajacej automatyczny pomiar i rejestracje ilo¬ sci tlenu zuzywanego w aerobowych procesach bio¬ chemicznych oraz ilosci gazów wydzielajacych sie w anaerobowych procesach biochemicznych, przy uzyciu tego samego aparatu. Zaden ze znanych do¬ tychczas i czesciowo tu przedstawionych aparatów nie nadaje sie jednak do tego celu.W urzadzeniu wedlulg wynalazku oznacza sie bio¬ chemiczne zuzycie tlenu, mierzac objetosc zuzy¬ wanego tlenu pod stalym cisnieniem. Pomiar wy¬ konuje sie jednak prosciej niz dotychczas, dzieki temu, ze w zamknietej przestrzeni powietrznej apa¬ ratu znajduje sie od poczaUku wiecej tlenu niz po¬ trzeba go w procesie biochemicznym. Zbedne sa tu urzadzenia do wytwarzania lub dozowania tle¬ nu.Dalsza zaleta sposobu i urzadzenia wedlug wy¬ nalazku polega na tym, ze za ich pomoca mozna takze automatycznie mierzyc i rejestrowac ilosc gazów, wydzielajacych sie w anaarobowych proce¬ sach biochemicznych.W celu wykonania pomiarów sposobem wedlug wynalazku, napelnia sie badanym roztworem lub zawiesina naczynie reakcyjne albo oddechowe, za¬ pewniajace stale potrzebne nasycenie badanej cieczy Uenem. Dwutlenek wegla, wydzielajacy sie podczas -pyocesu, ^ostaje zaabsorbowany. Równoczesnie mie¬ rny sie cisnienie wewnatrz zamknietego ukladu i odpowiednio do jego zmian steruje cisnieniem wyrównawczym w specjalnym przyrzadzie, sluza- eym <|o tego celu, korzystnie w biurecie gazowej, #a pomoca sylgnalów otrzymanych od odpowied¬ nich caujników poprzez przeksztaltnik, rejestrujac w ciagly sposób potrzebny w tym celu ruch. naczynie reakcyjne z 'badanym roztworem lub zawiesina, wchodzace w sklad urzadzenia do wy¬ konywania sposobu wedlug wynalazku, lub prze¬ strzen wewnetrzna tego naczynia, laczy sie we¬ zem g**mówym z czescia urzadzenia, korzystanie — z tóureta galowa, sluzaca do wyrównywania ci- ssiienla. Dq weza lub rurociagu podlaczony jest manometr, który powiazany jest z urzadzeniem praeSifcztalcajacym zmierzone wartosci lub nastawio¬ ne wartosci graniczne, na impulsy elektryczne.Otrzymane impulsy elektryczne steruja silni¬ kiem, który za pomoca polaczonego z nim sznura zmienia wysokosc piolozenia naczynia niwelacyjne¬ go, polaczonego rurociagiem z biureta gazowa.Sznur ten lub naczynie niwelacyjne polaczone jest z urzadzeniem rejestrujacym ruch. W innej odmia¬ nie urzadzenia zamiast naczynia niwelacyjnego sto¬ suje sie zbiornik wyrównawczy cisnienia, we wne¬ trzu którego porusza sie prostoliniowo tlok, powo¬ dujacy wyrównywanie cisnien.Tlok poruszany jest za pomoca odpowiedniego, mechanicznego, hydraulicznego lub pneumatyczne¬ go mechanizmu ruchowego, napedzanego serwomo- torem, przy czym przesuniecie tloka przenosi sie do aparatu rejestrujacego lub loddzialowuje na od- 5 powiedni czujnik. Zarejestrowane sygnaly mozna ewentualnie wykorzystac do sterowania jakiegos procesu. Mechanizm ruchowy moze byc wykonany w postaci znanego urzadzenia mechanicznego, na przyklad w postaci gwintowanego walka ze sruba !0 ciagnaca, który zamienia ruch obrotowy na ruch prostoliniowy.Jako inne rozwiazanie 'mozna zastosowac pompe srubowa lub pompe zebata, napedzana serwomoto- reim i tloczaca stale jednakowa ilosc wody prze¬ wodem idisnienliowym, laczacym sie bezposrednio lub posrednio^ z przestrzenia nad tlokiem, sluzacym do wyrównywania cisnienia. Jeszcze inne rozwiaza¬ nie polega na tym, ze za pomoca urzadzenia, na¬ pedzanego serwomotorem, doprowadza sie odpo¬ wiednia ilosc sprezonego powietrza do przestrzeni nad tlokiem, sluzacym do wyrównywania cisnie¬ nia.Sposób wedlug wynalazku oraz urzadzenie do wykonywania sposobu wyjasnione sa blizej na ry¬ sunku, na którym fig. 1 i fig. 2 przedstawiaja przykladowo schematy dwóch odmian urzadzenia w przekroju podluznym.Zamknieta przestrzen wewnetrzna naczynia reak¬ cyjnego albo respiratora 1, w którym umieszcza sie badany roztwór lub zawiesine, laczy sie za po¬ srednictwem rurociagu 17 z biureta gazowa 2. Do rurociagu 17 podlaczony jest manometr 5. Pompa membranowa 4 laczy sie takze za posrednictwem rurociagu 16 z wnetrzem naczynia 1. Rurociag 14 prowadzacy od pompy membranowej 4 zanurzony jest w lugu, w pluczce 3. Z zamknietej przestrzeni wewnetrznej pluczki 3 prowadzi rurociag 15, który zanurzony jest w roztworze badanym, w naczyniu 1. Biureta gazowa 2 polaczona jest elastycznym wezem 22 z naczyniem niwelacyjnym . 10, które przymocowane jest do konca sznura 9 i moze byc podnoszone lub opuszczane. Sznur 9 biegnie przez krazek 8 1 drugim swym koncem jest nawiniety na os serwomotoru 7.W szklana scianke manometru 5, wypelnionego do polowy zwykla woda wodociagowa, wbudowane sa platynowe elektrody 18, 19, i 20, laczace sie przewodami z urzadzeniem elektrycznym 6, które steruje dzialaniem serwomotoru 7. Urzadzenie 6 polaczone jest przewodami elektrycznymi 23 z ser¬ womotorem 7. Do sznura 9 przymocowany jest su¬ wak 11 potencjometru 12. Potencjometr 12 polaczo¬ ny jest z przyrzadem rejestrujacym 13 a przyrzad 13 — ze zródlem pradu 21, przewodami elektrycz¬ nymi. Przyrzad 13 rejestruje wielkosci elektryczne, odpowiadajac kolejnym polozeniom suwaka 11.Urzadzenie wedlug wynalazku pracuje w naste¬ pujacy sposób. Naczynie reakcyjne 1, biureta ga¬ zowa 2, pluczka 3, pompa membranowa 4 i ma¬ nometr 5 tworza uklad szczelnie odgrodzony od otoczenia. Powietrze lub tlen, zamkniety w tym ukladzie, utrzymane sa za pomoca pompy mem¬ branowej w ciaglym obiegu w kierunku wskaza¬ nym strzalkami. Ciagly obieg gazów zapewnia z jednej strony ciagle i wystarczajace-nasycenie tle* 20 25 30 35 40 45 S0 855 80386 6 nem próbki, znajdujacej sie w naczyniu reakcyj¬ nymi, a z drugiej strony [gwarantuje zaabsorbowa¬ nie dwutlenku wejgla w lugu. Zmiany cisnienia pokazuje imanometr 5.Na poczajtku pomiaru cisnienie we wnetrzu apa¬ ratu jest równe zewnetrznemu cisnieniu powietrza, w zwiazku z czyim woda znajduje sie w obydwu ramionach manometru na jednakowym poziomie i w tym polozeniu nie styka sie z elektroda 13.Jezeli w naczyniu reakcyjnym zacznie sie pro¬ ces aerobowy, w trakcie którego zuzywa sie tlen, wówczas cisnienie czastkowe tlenu maleje i ciecz wznosi sie w lewym ramieniu manometru az do zetkniecia z elektroda 19. W \ym momencie elek¬ tryczne urzadzenie sterujace 6 zamyika obwód pra¬ dowy serwcumotJoru 7, wskutek czego naczynie ni¬ welacyjne 10 zostaje podniesione za pomoca sznu¬ ra 9 i krazka 8.Wskutek podniesienia* naczynia niwelacyjnego podnosi sie poziom cieczy w biurecie gazowej 2 a tyim samym wzrasta cisnienie w calym wnejtrzu aparatu. Wraz ze wzrostem cisnienia spada jednak poziom cieczy w manometrze az ponizej elektro¬ dy 18. Gdy poziom ten obnizy sie ponizej elektro¬ dy 18, wówczas zostaje rozlaczony obwód pradowy serwomotoru 7 i ruch naczynia niwelacyjnego usta¬ je. Cisnienie wewnatrz aparatu odpowiada ponow¬ nie zewnetrznemu cisnieniu powietrza, jezeli pomi¬ nac mala róznice, której mlozna nie uwzgledniac.Dopóki serwotmotr 7 znajduje, sie w ruchu, prze¬ suwa sie takze suwak 11 po powierzchni potencjo¬ metru 12 a przesuniecie to zostaje przeksztalcone w odpowiednia wielkosc elektryczna. Zmiany tej wielkosci elektrycznej zapisuje przyrzad rejestru¬ jacy 13 (fig. 1) W odmianie urzadzenia przedstawionej na fig. 2 serwomotor 7 polaczony jest za pomoca sprzeg¬ la 24 z gwintowanym walkiem 25, zaopatrzonym w srube ciagnaca 26. Dolny koniec walka 25 spo¬ czywa w lozysku 27. Sruba ciagnaca 26 przymo¬ cowana jest do tloczyska 28 prowadzonego przez lozyskowanie 29 i polaczonego z tlokiem 30, slu¬ zacym do wyrównywania cisnienia. Tloczysko 28 polaczone jest ponadto z prostym drazkiem 32, mo¬ gacym sie przesuwac w lozyskowaniu 33. Do draz¬ ka 32 przymocowany jest sznur 9a, napiety za pomoca krazków napinajacych 34. Do sznura 9a przymocowany jest slizgacz potencjometru 12a.Potencjometr 12a 'polaczony jest z przyrzadem re¬ jestrujacym 13, za pomoca którego rejestrowane sa wielkosci elektryczne, odpowiadajace ruchom tloka lub sznura 9a.Przyrzad 13 zasilany jest ze zródla pradu 21. Je¬ zeli w czasie trwania procesu biochemicznego spa¬ da cisnienie czastkowe tlenu a ciecz manome- tryczna podnosi sie w lewym ramieniu manome¬ tru 5 i styka z górna elektroda 19, wówczas elek¬ tryczne urzadzenie sterujace 6 zamyka obwód pradowy serwomotoru, 7, który za pomoca gwin¬ towanego walka 25 i sruby ciagnacej 26 prze¬ suwa do dolu tlok 30 sluzacy do wyrównywania cisnienia. Tlok wywiera cisnienie na ciecz znaj¬ dujaca sie w naczyniu wyrównawczym cisnienia 31. Ciecz przeplywa przez rurociag 22a i wplywa do biurety gazowej 2. Poziom cieczy w biurecie podnosi sie, wskutek czego wzrasta odpowiednio cisnienie w przestrzeni gazowej.Urzadzenie bedace przedmiotem wynalazku mozna bez wiekszych trudnosci zastosowac do • pomiaru ilosci gazów wydzielajacych sie na przy¬ klad w anaertolbowych procesach biochemicznych.Przez 'przeniesienie elektrod 18 i 19 do otwartego ramienia manometru oraz przelaczenie serwomoto¬ ru 7 tak, aby obracal sie w przeciwnym kierun- io ku, mozna uzyskac, w wyniku dzialania serwo¬ motoru, obnizenie naczynia niwelacyjnego 10, oo umozliwia pomiar ilosci wydzielajacych sie ga¬ zów. W tym przypadku niepozadana jest obec¬ nosc tlenu. Mozna tu zrezygnowac z uzycia plucz- 15 ki 3 i pompy membranowej 4 a ciecz wprawiac w ruch za pomoca mieszadla magnetycznego.Zamiast suwaka 11, potencjometru 12 i przy¬ rzadu rejestrujacego 13 mozna takze zastosowac prostsze urzadzenie zapisujace, którego pisak 20 moze byc polaczony mechanicznie z urzadzeniem podnoszacym lub opuszczajacym naczynie niwe¬ lacyjne.Urzadzenie wedlug wynalazku moze miec na¬ stepujace korzystne zastosowania: przez zmia- 25 raczkowanie lulgu 'pobranego z pluczki 3 mozna oznaczac ilosc wydzielanego dwutlenku wegla, oznaczajac zawartosc zawiesiny mozna zmierzyc przyrost ilosci bakterii, wystepujacy w proce¬ sie biochemicznym, za pomoca ogniw pomiaro- 30 wych pH i tlenu, zanurzonych w naczyniu od¬ dechowym, mozna sledzic zmiany stezenia jonów wodorowych i stezenia tlenu, wystepujace pod¬ czas procesu biochemicznego, przez odjpowiednie otwory, wykonane w naczyniu reakcyjnym, mozna 35 pobierac próbki roztworu reakcyjnego w czasie trwania procesu biochemicznego, jiak równiez ba¬ dac wplyw róznych substancji i roztworów na przebieg tego procesu, przez zamkniecie otwarte¬ go ramienia manometru mozna uniezaleznic ci- 40 snienie wewnatrz aparatu od cisnienia atmosfe¬ rycznego. Przy wykonywaniu dokladnych pomia¬ rów korzystne jest umieszczenie naczynia reak¬ cyjnego 1 i pluczki 3 w termostacie. 45 PL PL

Claims (11)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób automatycznego mierzenia i rejestra¬ cji zuizycia tlenu, wystepujacego w aerobowyeh procesach biochemicznych oraz ilosci gazów, wy- 50 dzielajacych sie w anaerobowych procesach bio¬ chemicznych, znamienny tym, ze stosuje sie ciag¬ le nasycenie tlenem roztworu lub zawiesiny, znaj¬ dujacej sie w naczyniu reakcyjnym, absorbuje za pomoca lugu dwutlenek wegla wydzielajacy sie 55 w czasie reakcji, mierzy cisnienie, przeksztalca zmiany cisnienia na sygnaly sterujace wyrówny¬ waniem cisnienia, przy czym rejestruje sie w sposób ciagly wyrównywanie cisnienia.

2. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug za- 00 strz. 1, znamienne tym, ze sklada sie z naczynia reakcyjnego lub respiratora (1) polaczonego z urza¬ dzeniem, sluzacym do wyrównywania cisnienia, ko¬ rzystnie z biureta gazowa (2), przy czym do lacza¬ cego je rurociagu (17) podlaczony jest manometr 05 (5), który z kolei laczy sie z urzadzeniem prze-7 80386 8 ksztalcajacym zmierzone cisnienia lub nastawione wartosci graniczne na sygnaly elektryczne i ser- wornotor (7) sterowany za pomoca sygnalów ele¬ ktrycznych, posiadajacy polaczenie ze sznurem (9), przeznaczonym do nastawiania wysokosci naczynia niwelacyjnego (10), polaczonego za pomoca ruro¬ ciagu (22) z biureta gazowa (2), przy czym sznur (9) lub naczynie niwelacyjne (10) polaczone jest z przyrzadem rejestrujacym ruch.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze z naczyniem reakcyjnym (1) polaczona jest z jednej strony poprzez rurociag (16) pompa (4), korzystnie pompa membranowa, która z drugiej strony laczy sie za pomoca rurociagu (14) z plucz¬ ka (3), laczaca sie z kolei przewodem (15) z na¬ czyniem reakcyjnym (1).

4. Urzadzenie wedlug zaslferz. 2, znamienne tym, ze naczynie reakcyjne lub respirator (1) zaopatrzo¬ ne jest w .mieszadlo magnetyczne.

5. Urzadzenie wdlug zastrz. 2—4, znamienne tym, ze stosowany do pomiaru cisnienia manometr (5) mia wbudowane w sciance dla zadanych cisnien platynowe elektrody (18), (19) i (20), laczace sie przewodami z serwomofoorem (7) lub z urzadzeniem sterujacym (6), sluzacym do nastawiania wysokosci naczynia niwelaicyjnego (10).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2—5, znamienne tym, ze do sznura (9), sluzacego do podnoszenia i opuszczania naczynia niwelacyjnego (10), przymo¬ cowany jest suwak (11) potencjometru (12) a ten ostatni polaczony jest przewodem elektrycznym z przyrzadem rejestrujacym (13), który zapisuje wielkosci elektryczne, odpowiadajace przesunie¬ ciom suwaka.

7. Urzadznie wedlug zastrz. 2—5, znamienne tyrn^ ze mechanizm, sluzacy do podnoszenia lub opusz¬ czania naczynia niwelacyjnego (10), polaczony jest mechanicznie z pisakiem.

8. Urzadzenie wedlug zas'trz. 2—7, znamienne tym, ze naczynie reakcyjne (1) i pluczka (3) umieszczo¬ ne sa w termostacie.

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze serwomotor (7) polaczony jest za pomoca me¬ chanicznego, hydraulicznego lub pneumatycznego mechanizmu ruchowego z tlokiem (30), sluzacym do wyrównywania cisnienia a tlok moze sie poruszac wewnatrz naczynia (30), polaczonego [rurociagiem (22a) z iprzyrzadem (2), sluzacym do regulacji cisnienia, przy czym tlok (30) polaczony jeslt ko¬ rzystnie za pomoca sznura (9a) z przyrzadem re¬ jestrujacym (13), który rejestruje ruchy tloka lub odpowiadajace tym ruchom wielkosci elektryczne.

10. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze serwoimotor (7) oraz tlok (30), sluzacy do wy¬ równywania cisnienia, polaczone sa za pomoca znanego urzadzenia mechanicznego (25—26) zamie¬ niajacego ruch obrotowy na ruch postepowy.

11. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze serwomotor (7) polaczony jest z pompa srubowa lufo z pompa zebata, której przewód cisnieniowy laczy sie bezposrednio lub posrednio z przestrzenia nad tlokiem (30), sluzacym do wyrównywania ci¬ snienia. 1(2. Urzadzenie wedlug zastrz. 9, znamienne tym, ze serwoimotor (7), posiada polaczenie robocze z urzadzeniem, za pomoca którego mozna dopro¬ wadzic dowolna ilosc sprezonego powietrza do przestrzeni nad 'tlokiem (30), sluzacym do wyrówny¬ wania cisnienia. 10 15 20 2580386 p* Fig. 180386 Fig. 2 D.N. Zaklad Nr 7, zam. 944/75 Cena 10 zl PL PL