163936. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázalakú reaktáns fogyásával járó reakció menetének folyamatos mérésére, regisztrálására és automatikus vezérlésére
3 163936 4 azzal közlekedőén elhelyezett gázelnyelető edényben a biokémiai folyamatban keletkező vagy keletkezett széndioxidot elnyeletik. A mérést vagy állandó nyomáson vagy állandó térfogatban végzik. Ezeknek a készülékeknek igen sok típusa és 5 változata ismert, pl. Umbreit, W. W., Burns, R. H. és Stauffer, J. F.: Manometric techniques. Burgess Publishing Co., Minneapolis, 1964: Pölpel, F., Hunken, K. H. és Steinecke, H.: Vereinfachter Verfahren zur volumetrischen Bestimmung des 10 biochemischen Sauerstoffbedarfes von Wasser und Abwasser. Gas und Wasserfach, 36, 897 (1958). Mindegyikkel járó hátrány, hogy állandó felügyeletet igényelnek: hogy az oxigénfogyasztás, valamint a biológiai folyamat oxigénigénye csak 15 közvetve, igen sok mérési adat feldolgozása útján állapítható meg: hogy a hosszadalmas mérés sok hiba fonása, végül, hogy a mérés nem követi folyamatosan a biológiai jelenségek sebességváltozásait. 20 Történtek próbálkozások a készülék javítása segítségével a BOI-meghatározás munkaigényének csökkentésére, pl. Arthur, R. M.: Automatically recording respirometer. Applied Microbiology 13, NO. 2, 125 (1965), valamint a biológiai folyamat 25 vizsgálatára szolgáló készülék automatizálására ugy, hogy a biológiai folyamat által fogyasztott oxigén pótlását is biztosítja, pl. Voith, J. M.: Brit. Pat. 989.561. Az oxigén pótlására szolgáló megoldás azonban bonyolult. Nem korszerű a 157.488 sz. 30 magyar szabadalomban ismertetett készülék sem, működését számos hibásodási lehetőség veszélyezteti. Találmány tárgya az említett hátrányokat kiküszöböli oly módon, hogy a mérés megbízható- 35 sága és pontossága ellen ható tényezőket kikapcsolja, a pl. biokémiai rekcióban résztvevő mikroorganizmusok légzési sebességének két nagyságrenden belüli, azaz reaktortérfogatban időegység alatt fogyott oxigén, - 1 ° 8 ° 2 két nagyságrendű 40 ScC tartományban, vagyis "^ 2 és "^ 2 közötti, sec sec ' folyamatos mérését és feljegyzését elvégzi, valamint a folyamatban fogyasztott összes oxigént meghatá- 45 rozza. Átfolyásos reaktonal kialakítva a módszer és berendezés folyamatos üzemű aerob biológiai szennyvíztisztítók automatikus ellenőrzését valamint szabályzástechnikai feladatok ellátását biztosítsa, pl. tápanyagterhelést, légbevitelt önműködően szabá- 50 lyozza. Továbbra is a például választott szennyvízkezelés terén maradva, a célul kitűzött feladatot megoldó találmányt a következőkben ismertetem. Légkörtől elzárt rendszeren belül egy reaktorban 55 a biológiai folyamat közege: a szennyvíz és mikroorganizmus tartózkodik. A reaktor légterével csővezetéken át közlekedik az ugyancsak zárt rendszeren belüli elektrolizáló cella anód-légtere. Ezen az anódon oxigént gázalakban fejlesztek. A 60 reaktorban a biológiai folyamat, vagyis a szennyvíz szervesanyagának mikroorganizmusok általi oxidálása oxigénfogyasztás mellett széndioxidot termel. Ezt a széndioxidot a reaktor légteréből kémiai elnyeletés által folyamatosan eltávolítom. A reaktor 65 és a vele közlekedő oxigéntermelő cella pneumatikus egyensúlyban áll. Ez az egyensúly a biológiai folyamatban elhasznált oxigén és megkötött széndioxid kiesése miatt úgy bomlik meg, hogy a reaktorban a két gáz parciális nyomása csökkenvén a gáznyomás kisebb lesz. Ez a nyomáscsökkenés a gázvezetéken át az oxigénfejlesztő cella anódfeletti légterében is érvényesül szívóhatás formájában.Ebben a cellában külső áramforrás energiáját felhasználva egy elektródfolyamattal megfelelő elektrolitból oxigéngáz termelődik. A termelt oxigén az említett gázvezetéken át a reaktortérbe áramlik: ezzel egyrészt a megbontott nyomásegyensúly áll helyre másrészt a biológiai folyamat oxigénigénye elégül ki. Az elektrolizáló cellában oxigén az erre rendelkezésre álló anódfelület arányában fejlődik: nagyobb aktív elektródfelület több oxigént termel. Az anód aktív felületének méretét az szabja meg, hogy milyen mélyen merül az elektrolitba. Az elektrolit a felette uralkodó nyomástól függően szintjét változtatja, az anódfeletti légtérben jelentkező nyomáscsökkenés felszívja az elektrolitoldatot és ezzel nagyobb felületen tesz lehetővé oxigénfejlesztést, vagyis ezt megnöveli. A növelt oxigéngáz-fejlesztés viszont a csökkent nyomást kiegyenliti, az elektrolitoldat színtjét visszanyomja. Ilyenformán találmány olyan önszabályozó rendszert valósít meg, melyben gáznyomásegyensúly révén oxigéntermelés olyan mértékben és csak olyan mértékben történik, amilyen mértékben a biológiai folyamat oxigént használt el és széndioxidot fejlesztett. Az oxigénfejlesztés elektronikusan történik, az erre használt áramot folyamatosan kell mérni, a mérés eredményét időfüggvényként folyamatosan kell regisztrálni, az öszszes áramfelvételt pedig integrátor-műszer segítségével összegezni, vagy a katód súlygyarapodásából megállapítani. Az időfüggvényként ábrázolt áramfelvételből a biológiai folyamat oxigénfogyasztását ismert kémiai egyenértékkel kalibrált görbéről közvetlenül lehet olvasni. Ugyanilyen módon az oxigénfejlesztésre használt áram integrált mennyiségből a biológiai folyamat alatt fogyasztott összes oxigén mennyiségét meg lehet állapítani. A találmányi megoldásnak ebből az elvi leírásából kitűnnek igen jelentős műszaki előnyei. Ezek: a reakció által vezérelt elektród-folyamat mind regisztrálásra mind vezérlésre használható elektromos jelet ad anélkül, hogy ennek a jelnek előállítására mechanikusan mozgatott alkatrészre szükség lenne: a reakciót az általa vezérelt elektródfolyamat késés nélkül, közvetlenül, egyenes arányban, torzítatlan képezi le: a rendszerből kivezetett jel olyan, hogy gyakorlatilag minden hibalehetőséget kizár: az eredmény azonnal jelentkezik: a mért és rögzített adatok a reakciót időbeni megszakítás nélkül és egyértelműen jellemzik. Találmány egy kiviteli alakját a mellékelt két rajz ismerteti anélkül, hogy ezzel a találmány erre a példaként felhozott megoldásra korlátozódna. 1. ábrán az 1 reaktorban a 4 mágnessel működtetett 3 keverővel mozgásban tartott 2 cseppfolyós közegben megy végbe a reakció mely egyrészt a reaktor légterében lévő oxigént használja el, 2
