FI97240B - Menetelmä biologisten prosessien kontrolloimiseksi ja/tai seuraamiseksi - Google Patents

Description

97240

Menetelmä biologisten prosessien kontrolloimiseksi ja/tai seuraamiseksi

Keksinnön tausta 5 Tämä keksintö koskee uutta menetelmää prosessin kontrolloimiseksi ja/tai optimoimiseksi, jossa vesipitoinen biologinen systeemi käsitellään puhdistetun veden tuottamiseksi, jossa on olennaisesti alempi biologisesti hajoavan materiaalin määrä kuin mainitussa biologisessa 10 systeemissä.

Keksinnön tekninen tausta

Ympäristönsuojelu on tänä päivänä suuri huolenaihe ihmiskunnalle. Aina lisääntyvä populaatio samoin kuin yleinen vaatimus parantuneeseen elämän laatuun, jota 15 osoittaa terve ja kaunis ympäristö, ja samaan aikaan elämäntapa, joka perustuu edistyneen teknologian käyttöön, on painottanut veden tarvetta, erityisesti puhtaan veden tarvetta koko maailmassa, mutta erityisesti maailman teollistuneissa osissa.

20 Voimakkaasti teollistuneissa maissa, erityisesti maissa, joissa on suuria taajamakeskuksia, on välttämätöntä käsitellä kotitalouksien ja teollisten tuotantolaitosten jätevedet, jotta vältetään epämiellyttävä saastuneen ja/tai saastuttavan materiaalin taso ympäristössä, se . 25 on jäteveden vastaanottopaikoissa, kuten järvissä, joissa ja muissa vesiväylissä, meressä ja niin edelleen. Saastunut ja/tai saastuttava materiaali käsittää joukon aineita, esimerkiksi orgaanisia ja epäorgaanisia aineita, jotka saattavat olla luonnossa hajoavia, tai saattavat olla ha-30 joamattomia. Jätevesiviemäreissä yleensä olevassa saastuttavassa materiaalissa hajoava orgaaninen aines ja raskasmetallit ovat suurin huolenaihe.

Lisääntyvä jäteveden määrä, joka tuotetaan maailmanlaajuisesti, saatetaan nykyisin jonkinlaiseen käsitte-35 lyyn, tällaisen käsittelyn ollessa luonteeltaan mekaanis- 2 57240 -ta, fysikaalista, kemiallista tai biologista, tai mikä tahansa niiden yhdistelmä. Yleensä edellytetään, että tulevaisuudessa tullaan keskittymään vielä enemmän jäteveden tai viemäriveden käsittelyyn, kun yleinen ympäristö-5 riskien tiedostaminen tulee vielä voimakkaammaksi kuin nykyään.

Päätarkoitus kaupunkien ja teollisuuden jäteveden puhdistamisessa on vähentää biologisesti hajoavan materiaalin määrää jätevedessä, se on varmistaa, ettei käsitel-10 ty jätevesi sisällä sellaisia määriä biologisesti hajoavaa materiaalia, se on hajoavaa orgaanista ja/tai epäorgaanista materiaalia, että nämä määrät johtavat ei hyväksyttävän alhaiseen happitasoon vastaanottajassa hajoavan (orgaanisen) materiaalin aerobiseen hajottamiseen tarvit-15 tavan hapen määrän vuoksi.

Tämän tavoitteen täyttämiseksi on mitä toivottavinta kyetä kontrolloimaan puhdistusprosessin eri vaiheita. Kuten yllä on mainittu, nämä vaiheet ovat tavallisesti mekaanisia ja/tai kemiallisia ja/tai biologisia, 20 biologisten käsittelyvaiheiden ollessa jäteveden puhdis tuksessa yleensä koko prosessin herkin vaihe. Nykyään monissa jäteveden puhdistuslaitoksissa, erityisesti laitoksissa, jotka sisältävät biologisen puhdistuksen vaiheet, käytetään jonkinlaista prosessin kontrollia. Yleen-.. 25 sä teollisten prosessien prosessikontrolli perustuu tie toon yhdestä tai useammasta tärkeimmästä parametristä kyseessä olevassa prosessissa, tällaisen tiedon ollessa käytettävissä on-line prosessin mitattavina muuttujina, kontrolloidun muuttujan (muuttujien) ollessa säädeltyjä 30 tämän on-line tiedon perusteella mitattavan muuttujan . (muuttujien) arvoista.

' Kuten edellä yhteenvedossa on esitetty, taajamien ja teollisuuden jäteveden käsittelyn tärkein parametri on määrä, se on biologisesti hajoavan materiaalin määrä ja 35 laatu. Jäteveden käsittelyn kentällä tätä parametriä mi-

Il i Itt.l lii» I I in 97240 3 tataan kätevästi biokemiallisen hapen tarpeen (Biochemical Oxygen Demand, BOD) avulla. BOD on mittaus orgaanisen aineksen aerobiseen hajotukseen tarvittavan hapen määrästä. Biokemiallisella hapen tarpeella arvioidaan hajotusta 5 suorittavien mikro-organismien hapentarvetta. On kuitenkin epäsuotuisaa, että BOD-analyysit on välttämätöntä suorittaa näytteestä laboratorio-oloissa ja edelleen, ettei BOD-analyysi anna mitään tarkkaa informaatiota biomassalle käytettävissä olevasta potentiaalisesta ener-10 giasta, se on hajotusta suorittavien mikro-organismien sekapopulaatiosta, kun biologisesti hajoavan materiaalin mikrobiologinen hajotus etenee.

Täten alan taso on se, ettei jätevesien puhdistus-prosessin kaikkein tärkeimmän parametrin todellista arvoa 15 voida määrittää tai seurata on-line, ei liioin käyttää mitattavana muuttujana prosessin kontrollisysteemissä. Täten, erilaiset prosessin kontrollityypit jätevesien puhdistuksen kentällä ovat perustuneet sellaisten parametrien mittaukselle, kuten tilavuudet, virtausnopeudet 20 (residenssiaika), pH, hapen määrä ja/tai suspendoitunei-den kiinteiden aineiden määrä jätevedessä, ynnä muut. Erityisesti puhdistusprosessien, jotka käsittävät biologisen vaiheen, toiminta on erityisen vaikeata, johtuen nykyisin saatavilla olevan informaation vähäisyydestä . 25 prosessin todellisesta tilasta ja olosuhteista, koska or gaanisen ja/tai epäorgaanisen aineksen, se on jätevedessä olevan biologisesti hajoavan materiaalin hajotuksesta vastaavien mikro-organismien sekaviljelmät ovat mitä alttiimpia muutoksille vaiheen biologisen materiaalin kuormituk-30 sessa. Tämän seurauksena tällaisten jätevedenpuhdistuslai-tosten toiminta perustuu melkein yksinomaan empiiriseen tietoon kemiallisista ja/tai biologisista prosesseista, jotka todellisuudessa tapahtuvat prosessin eri vaiheissa.

97240 4

Myöskin äärimmäisen tärkeä haittapuoli on se, että on mahdotonta saada on-line informaatiota jätevedenpuh-distuslaitoksen lopullisen ulosvirtauksen laadusta, se tarkoittaa, että esimerkiksi biologisesti hajoavan mate-5 riaalin todellinen määrä ulosvirtauksessa, joka johdetaan ympäristön vastaanottajakohteisiin, on tuntematon.

Keksinnön kohde

Siksi tämän keksinnön kohteena on tarjota käyttöön menetelmä vesiympäristön biologisten systeemien mikrobio-10 logisen aktiivisuuden seuraamiseksi on-line, ja valinnaisesti yhden tai useamman parametrin kontrolloimiseksi prosessissa, jossa vesisysteemi saatetaan mekaaniseen ja/tai kemialliseen ja/tai biologiseen käsittelyyn, jotta saadaan lopputuotteena puhdistettua vettä, samoin kuin 15 estetään mikrobiologisen kapasiteetin ylikuormitus biologisessa käsittelyvaiheessa.

On olennaista, että menetelmä käsittää mittauksen, jolla on lyhyet vasteajat, niin että mittaus tehdään online tai reaaliajassa suhteessa mainitun systeemin todel-20 lisiin prosesseihin; että menetelmä voidaan toteuttaa in situ, jotta vältetään kaikki näytteenottoon liittyvät yleiset haittapuolet; ja että menetelmä soveltuu käytettäväksi erilaisissa olosuhteissa, erityisesti mitä tulee lämpötilaan, pH:on, suolapitoisuuteen, sameuteen ja mui-25 hin parametreihin, jotka saattavat vaihdella riippuen ky seessä olevasta erityisestä vesibiosysteemistä. On myöskin erityisen toivottavaa, että menetelmällä on hyvä toistettavuuden taso, ja että menetelmässä käytettävä laitteisto voi toimia jatkuvasti pitkiä ajanjaksoja ilman 30 huoltotarvetta.

.· Toinen keksinnön kohde on tarjota käyttöön mene telmä biologisesti hajoavan materiaalin määrän kvantitatiiviseksi ja/tai kvalitatiiviseksi arvioimiseksi vesi-systeemissä, seuraamaan esimerkiksi jäteveden ulosvir- 97240 5 tausta, lopullisia ulosvirtauksia jätevesiä käsittelevistä laitoksista, ympäristön vastaanottajavesiä ynnä muuta.

Keksinnön lyhyt kuvaus Tämä keksintö koskee uutta menetelmää prosessin 5 kontrolloimiseksi ja/tai optimoimiseksi, jossa biologisesti hajoavaa materiaalia ja valinnaisesti muita liukoisia ja/tai liukenemattomia ja/tai suspendoituneita aineita sisältävä vesisysteemi saatetaan yhteen tai useampaan erotusprosessiin ja/tai kemialliseen reaktioon ja biolo-10 giseen käsittelyyn käyttämällä mikro-organismien sekavil-jelmää, jotta saadaan lopputuotteena puhdistettua vettä, jossa on olennaisesti alhaisempi biologisesti hajoavan materiaalin määrä kuin mainitussa vesisysteemissä, menetelmän käsittäessä 15 mainitun biologisen systeemin ja/tai sen muutosten tarkkailun vähintään yhden luonteenomaisen biogeenisen fluoroforin, joka on läsnä mikro-organismien sekaviljel-mässä systeemissä säteilytettäessä valolla, fluoresens-siemission ja/tai sen vaihteluiden on-line mittauksella, 20 ja yhden tai useamman mainitun prosessin parametrin kontrolloimisen käyttämällä tuloksia mainitusta mittauksesta mitattuna muuttujana (-muuttujina) on-line automaatiosys-teemissä.

Keksintö perustuu havaintoon, että on mahdollis-25 ta saada merkityksellinen arvio biologisesti hajoavan materiaalin määrästä monimutkaisessa biologisessa systeemissä, kuten yllä on kuvattu, seuraamalla mikrobiologista aktiivisuutta ja/tai sen vaihteluja systeemissä fluore-senssiemission ja/tai sen vaihteluiden on-line mittauk-30 sella, kuten yllä on selvitetty.

Toisessa samaan havaintoon perustuvassa näkökohdassa, keksintö koskee menetelmää biologisesti hajoavan materiaalin määrän kvantitatiiviseksi ja/tai kvalitatiiviseksi arvioimiseksi ympäristön vesisysteemistä, esimer-35 kiksi merivedestä, järvivedestä, jokivedestä tai muista , 97240 o luonnon-tai keinotekoisista vesistä, tai jätevedestä, joka saatetaan mekaaniseen ja/tai kemialliseen ja/tai biologiseen käsittelyyn, edullisesti kemialliseen ja/tai biologiseen käsittelyyn, erityisesti biologiseen käsitte-5 lyyn, jotta saadaan lopputuotteena puhdistettua vettä, jossa on olennaisesti pienempi biologisesti hajoavan tuotteen määrä kuin sisääntulevassa jätevedessä, menetelmän käsittäessä mikro-organismien sekaviljelmässä vesi-systeemissä olevan yhden tai useamman biogeenisen fluoro-10 forin fluoresenssiemission mittauksen, fluoroforin (-fo-rien) ollessa kykeneviä toimimaan mikrobiologisen aktiivisuuden tason, ja siten vesisysteemissä olevan biologisesti hajoavan materiaalin määrän indikaattorina (indikaattoreina) säteilytettäessä valolla, joka emittoituu 15 mieluummin pitemmällä kuin 250 nm aallonpituudella.

Edullisia esimerkkejä biogeenisistä fluoroforeista ovat tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappojohdannaiset, 20 puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, nukleotidit, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit.

Säteilytettäessä valolla, joka emittoituu mieluummin pitemmällä aallonpituudella kuin 250 nm, erityisesti alueella 250 nm - 780 nm, biogeenisen fluoroforin (-fori-25 en) fluoresenssiemissio osoitetaan edullisesti aallonpituuksilla, jotka ovat pitempiä kuin 250 nm, esimerkiksi alueella 250 nm - 800 nm, ja mainitun fluoresenssiemission mitattuja arvoja käytetään perustana biologisesti hajoavan materiaalin määrän arvioinnille.

30 Seuraavasssa kuvauksessa määritelmä "keksinnön mu kainen menetelmä" tarkoittaa kontrollointi- ja/tai optimointimenetelmää, jollei toisin osoiteta.

Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää on mahdollista kontrolloida prosessia, kuten jätevedenpuhdis-35 tusprosessia, joka käsittää mekaanisen ja/tai kemiallisen 7 97240 ja/tai biologisen käsittelyvaiheen, jotta eliminoidaan biologisten käsittelyvaiheiden ylikuormitus biologisesti hajoavalla materiaalilla, jollaista ylikuormitusta tapahtuu jatkuvasti suurimmassa osassa laitoksia; ja siten 5 tarjotaan suhteellisen pysyvä tehokkuus biologiselle käsittelyvaiheelle (-vaiheille), se on, edullisesti optimaaliset tai lähes optimaaliset hajotusolosuhteet mikro-organismien sekaviljelmille ja valinnaisesti muille or-gaismeille jotka ovat biologiseen puhdistukseen johdetus-10 sa jätevedessä, ja jotka organismit pystyvät hajottamaan orgaanista ja/tai epäorgaanista ainesta.

Optimi- tai lähes optimiolosuhteet voidaan esimerkiksi tarjota kontrolloidulla biologisesti hajoavan materiaalin panostuksella biologiseen vaiheeseen ja/tai kont-15 rolloidulla aktivoidun lietteen kierrätystasolla biologiseen käsittelyvaiheeseen, jotta luodaan optimi- tai lähes optimitaso halutun mikrobiologisen aktiivisuuden tyypin ja biologisesti hajoavan materiaalin panostuksen välille.

Kontrolloitu biologisesti hajoava materiaalin pa-20 nostus biologiseen vaiheeseen voidaan esimerkiksi tarjota biologisesti hajoavan materiaalin kontrolloidun kemiallisen saostuksen (sakan laskeutuminen) avulla, erityisesti biologisesti hajoavan materiaalin, joka on kol-loidipartikkelien muodossa, kemiallisesssa käsittelyvai-25 heessa ennen biologisia käsittelyvaiheita. Tällainen mainittujen kemiallisten käsittelyvaiheiden prosessikontrol-li perustuu on-line informaatioon todellisesta mikrobiologisesta aktiivisuudesta biologisessa käsittelyvaiheessa (-vaiheissa).

30 Voidaan myöskin tarjota kontrolloidun biologisesti hajoavan materiaalin panostus biologiseen käsittelyvaiheeseen kvalitatiivisen arvioinnin perusteella, edullisesti on-line arvioinnin perusteella vesisysteemin, se on, puhdistetuksi vedeksi prosessoitavan sisääntuloveden, bio-35 logisesta hajoavuudesta yhdessä on-line informaation kans- 97240 8 sa todellisesta mikrobiologisesta aktiivisuudesta biologisissa käsittelyvaiheissa, oleelliset prosessipara-metrit säädetään saadun informaation mukaisesti. Useiden tässä yhteydessä hyldyllisten prosessiparametrien joukos-5 ta voidaan mainita lietteen kokonaismäärä systeemissä, mekaanisesti ja/tai kemiallisesta! ja/tai biologisesti käsitellyn jäteveden kierrätyksen määrä (tarkoituksena vähentää biologisesti hajoavan materiaalin konsentraatiota, erityisesti vaikeasti biologisesti hajotettavissa olevan 10 materiaalin konsentraatiota tilavuudessa, joka johdetaan biologiseen käsittelyvaiheeseen), käsittelemättömän jäteveden kierrätyksen määrä (säilytystankeistä tai -altaista) säilytystankkeihin myöhempää käsittelyä varten johdetun sisääntuloveden annosmäärä, säilytysaika ja vaikeasti bio-15 logisesti hajoavan materiaalin hajotusta edistämään pystyvien aineiden lisäys.

Täten, käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää, on mahdollista vähentää tai eliminoida suurimmat vaihtelut biologisesti hajoavan materiaalin panostuksessa jä-20 teveden puhdistuslaitoksen biologiseen käsittelyvaihee seen.

Useimmat jätevedenpuhdistuslaitokset käsittävät vähintään kemiallisen ja biologisen käsittelyvaiheen. Käytettynä tällaisten laitosten yhteydessä keksinnön mu-25 kainen menetelmä voi johtaa yhden tai useamman seuraavis-ta eduista saavuttamiseen:

Kokonaishapentarve vähenee, biologisen käsittelyvaiheen mitoitus (se on ilmastussäiliön tilavuus) voi vähentyä, 30 kokonaiskapasiteetin käytön taso suurenee, prosessin kontrolli paranee, puhdistusprosessin suunnittelun perusta paranee paremman prosessikontrollin seurauksena (suurten vaihteluiden eliminoiminen biologisesti hajoavan materiaalin 97240 9 panostuksesta biologisen käsittelyn/puhdistuksen vaiheeseen (-vaiheisiin) ja puhdistusprosessin tehokkuus paranee, mikä voidaan esittää lopullisen ulostuloveden parempana laatuna.

5 Mitä tulee biologisiin käsittelyvaiheisiin, edut, jotka voidaan saavuttaa keksinnön mukaisella menetelmällä ovat esim.:

Mikro-organismien sekaviljelmän stabiilimpi mikrobiologinen koostumus, se on optimi- tai lähes optimiyh-10 distelmä mikrobiologisia lajeja voidaan tuottaa ja pitää yllä, parempi mikro-organismien sekaviljelmän (biomassan ) hyödyntäminen, paremmat höytysaostusominaisuudet, ja 15 parempi saostuminen sekundäärisissä saostusvai- heissa.

Täten voidaan saavuttaa taloudellisia etuja käyttämällä tämän keksinnön mukaista menetelmää. Edelleen, käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää voidaan saavut-20 taa perusteellisempi mikrobiologisten prosessien tuntemus, se on mikrobiologisen konversion, joka tapahtuu jätevedenpuhdistuslaitoksen biologisen hajotuksen vaiheessa.

Biologisten prosessien fluoresenssiemissiomittaus-. 25 ten käyttö on mainittu US-patenteissa 4 686 372 ja 4 577 110. Kummassakaan näisä patenteissa ei kuitenkaan mainita fluoresenssiemissiomittausten käyttöä biologisesti hajoavan materiaalin mikrobiologisen hajotuksen kont-rol-loimisessa, tai biologisesti hajoavan materiaalin 30 määrän arviointia vesisysteemissä.

Piirrosten kuvaus

Piirrokset käsittävät 12 kuviota, joista kuvio 1 esittää jätevedenpuhdistamon virtaus-kaavion (Keskuspuhdistamo, Holstebron kaupunki, Tanska), 10 97240 jossa esimerkkien 1, 2 ja 3 käytännön kokeet toteutet tiin.

Kuvio 2 esittää virtausolosuhteet yhdessä Keskuspuhdistamon, Holstebro, Tanska ilmastussäiliöistä.

5 Kuvio 3 esittää todellisen sisääntulevan jäteveden virran Keskuspuhdistamoon, Holstebron kaupunki, Tanska ajanjaksona 1.-30.4.1988.

Kuvio 4 esittää mitatun fluoresenssiemission (ilmaistuna normalisoituina fluoresenssiyksikköinä (NFU) 60 10 tunnin ajanjakson aikana (vastaten 60 tuntia juoksutuksessa no. 18 esimerkissä 1).

Kuvio 5 esittää mitatun fluoresenssiemission (ilmaistuna normalisoituina fluoresenssiyksikköinä (NFU) 60 tunnin ajanjakson aikana (vastaten 60 tuntia juok-15 sutuksssa no. 19 esimerkissä 1).

Kuvio 6 esittää prosessin kontrollisysteemin pH:n kontrolloimiseksi lisäämällä hydratoitua kalkkia ja kontrolloimalla biologisesti hajoavan materiaalin panostusta lisäämällä ferrosulfaattia fluoresenssiemission mitat-20 tujen arvojen perusteella (mitattu aallonpituudella noin 460 nm) biologisessa käsittelyvaiheessa (bioreaktori).

Kuvio 7 esittää teollisuuden jäteveden sisääntulo-virtausta erillisestä sisääntulouomasta, nimetty "länsi" Keskuspuhdistamossa, Holstebron kaupunki. Tanska, maalis-25 kuun ja huhtikuun aikana, 1988.

Kuvio 8 esittää teollisuuden jäteveden sisääntulo-virtausta erillisestä sisääntulouomasta, nimetty "länsi" Keskuspuhdistamossa, Holstebron kaupunki, Tanska, marraskuun ja joulukuun aikana, 1988.

30 Kuvio 9 esittää fluoresenssiemission mitattuja ar voja (NFUiina, mitattu aallonpituudella n. 460 nm/90 tun-nin ajan kumpanakin ajanjaksona maaliskuu-huhtikuu, 1988 (tavanomaisesta menettelystä, se on ilman Keskuspuhdistamon, Holstebron kaupunki, Tanska ilmastustankin biolo-35 gisesti hajoavan materiaalin panostuksen kontrollointia) « · 97240 11 ja marraskuu-joulukuu 1988, (kontrolloiden Keskuspuhdistamon, Holstebron kaupunki, Tanska, ilmastustenkin biologisesti hajoavan materiaalin panostusta tämän keksinnön mukaisesti).

5 Kuvio 10 esittää fluoresenssiemission ilmastussäi- liöstä mitattujen arvojen vertailun (NFUrina, mitattu aallonpituudella noin 460 nm) Keskuspuhdistamon, Holstebron kaupunki, Tanska, ilmastussäiliön vastaavien jäteve-sinäytteiden BOD5-analyysin tuloksiin 24 tunnin ajan.

10 Kuvio 11 esittää BOD5-konsenstraation päivittäis ten vaihtelujen vertailun erillisessä teollisuuden jäteveden sisääntuloaukossa ("länsi") Keskuspuhdistamossa, Holstebron kaupunki, Tanska, 5 päivän koknaisaikana, kesäkuussa 1988.

15 Kuvio 12 esittää tulokset NADH-fluoresenssimit- tauksista, happipitoisuudesta ja pH:sta kontrolloidussa fermentointiprosessissa, johon ladataan äkillinen glukoo-sisykäys, vrt esimerkki 11 alla.

Kuvia selitetään edelleen seuraavissa esimerkeis- 20 sä.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus Tässä käytetynä määritelmä "kontrollointi" tar koittaa toimintaa, jossa säädellään tai tarkoituksellisesti vaikutetaan yhteen tai useampaan prosessin muut-25 tujaan prosessin yhden tai useamman muuttujan mittausten perusteella. Jälkimmäisessä muuttujaa/muuttujia kutsutaan mitatuksi muuttujaksi (muuttujiksi) kun taas ensin mainittua muuttujaa (muuttujia) kutsutaan yleensä kontrolloiduksi muuttujaksi (muuttujiksi). Kontrolloidun muut-30 tujan haluttua numeerista arvoa kutsutaan asetusarvoksi, kun taas muutosta missä tahansa muuttujassa, joka voi aiheuttaa prosessin kontrolloidun muuttujan muutoksen, kutsutaan kuormitukseksi. Tämän kaltaisen prosessin kontrolloinnissa käytetty prosessikontrollisysteemi on taval-35 lisesti feed-back -‘systeemi, jossa kontrolloidun muut- 12 5/240 tujan mitattu arvo palautetaan komparaattoriksi kutsuttuun laitteeseen, jossa kontrolloitua muuttujaa verrataan asetusarvoon. Jos mitatun muuttujan ja asetusarvon välillä on eroa, aiheutetaan virhe. Tämä virhe kulkee kontrol-5 loijaan, joka puolestaan säätää lopullisen kontrolliele- mentin, esimerkiksi kontrolliventtiilin tai pumpun nopeuden säätäjän, jotta palautetaan kontrolloitu muuttuja asetusarvoon.

Tässä käytetty määritelmä "mikro-organismien seka-10 viljelmä" tarkoittaa viljelmiä, jotka käsittävät suuren määrän, tavallisesti suuren määrän erilaisia mikro-organismilajeja, kuten autotrofisia, yhtä hyvin kuin heterot-rofisia ja aerobisia, anaerobisia tai fakultatiivisia bakteereita, samoin kuin alempia eukaryoottisia organis-15 meja, kuten alkueläimiä, hiivoja, sieniä, ja muita organismeja, joita on yleensä aktivoidussa lietteessä jätevedenpuhdistamon biologisessa vaiheessa, esim. monisolui-sia organismeja, kuten tohvelieläimiä (Paramecium) ja parasiitteja, erityisesti bakteereja syöviä parasiitteja. 20 Tällaisia yllä kuvatunlaisia mikro-organismien sekavil-jelmiä voidaan myös nimittää biomassaksi tai aktivoiduksi lietteeksi. Määritelmää "aktivoitu liete" käytetään tavallisesti yllä määritellynlaisista mikro-organismien se-kaviljelmistä, jotka ovat läsnä biologisessa käsittely-25 vaiheessa hajottamassa biologisssti hajoavaa materiaalia, se on erityisesti hajotettavaa orgaanista ja/tai epäorgaanista ainesta. Tällaiset mikro-organismien sekavil-jelmät käyttävät ravinteita käsiteltävästä jätevedestä ja siten muuntavat orgaanista ja epäorgaanista ainesta bio-30 massaksi ja aineenvaihdunnan lopputuotteiksi, kuten nitraateiksi, typeksi, sulfaateiksi, fosfaateiksi, hiilidioksidiksi jne. Tämä konversio voi tapahtua anaerobeissa, aerobeissa tai anoksisissa olosuhteissa. Mikro-organismien sekaviljelmän todellinen koostumus voi vaihdella

13 WO

suuresti, sillä koostumus on hyvin riippuvainen vallitsevista olosuhteista.

Tässä käytetty määritelmä "biologisesti hajoava materiaali" tarkoittaa orgaanista ainesta, joka on biolo-5 gisesti hajoavaa, tällaisen hajotuksen tapahtuessa saattamalla orgaaninen ja/tai epäorgaaninen aines, erityisesti orgaaninen aines transformaatioprosessiin, jota ohjaavat mikro-organismien sekaviljelmät (biomassa, aktivoitu liete) transformaatioprosessin tapahtuessa vesi-10 ympäristössä, esimerkiksi vedessä, jätevedessä, viemäri vedessä, järvivedessä, merivedessä, jokivedessä ynnä muissa. Mikro-organismien sekaviljelmä käyttää läsnäolevaa biologisesti hajoavaa materiaalia ravinnon ja/tai energianlähteenä, muuttaen siten biologisesti hajoavaa 15 materiaalia lisäbiomassaksi ja aineenvaihdunnan lop putuotteiksi, kuten nitraateiksi, typeksi, sulfaateiksi, fosfaateiksi, hiilidioksidiksi jne.

Määritelmä "fluoresenssi" tai määritelmä "fluore-senssiemissio" tarkoittaa virittyneessä tilassa olevan 20 molekyylin tai ionin säteilyenergian emissiota, Molekyyli tai ioni saavuttaa viritystilan säteilyenergian absorptiolla. Ultravioletti- tai näkyvän valon säteilyn absorptio (tai virittyminen) aiheuttaa elektroninisiirron (10'18 sekunnissa) niin, että molekyyli virittyy elektro-25 nin perustasolta jollekin ensimmäisen elektronisen viritystilan värähtelytasolle. Tätä valon absorptiota nimitetään yleensä virittymiseksi. Virittymisen jälkeen molekyylin täytyy emittoida energiamäärä, joka on vastaava kuin se, joka on absorboitu, jos sen tulee palata elek-30 tronin perustasolle. Tämä energia voi saada useita muotoja, esimerkiksi valo, lämpö, jne. Kun mainittu energiamäärä emittoituu valona, jolla on pitemmät aallonpituudet (alempi energia) kuin viritykseen käytetyn valon aallonpituudet ja tämän valon emission aikaskaala on noin

Γ 7 2 4 O

14 ΙΟ'8 sekuntia, sanotaan tällaista emissiota fluoresenssiksi .

Tässä käytettynä määritelmä "biogeeniset fluorofo-rit" tarkoittaa elävän materiaalin (elävien solujen) syn-5 tetoimia aineita, tällaisten aineiden molekyylien pystyessä fluoresoimaan, kun niitä säteilytetään valolla. Biogeeniset (biologiset) fluoroforit käsittävät proteiineja, erityisesti tryptofaania ja tyrosiinia sisältäviä proteiineja, tryptofaania ja tyrosiinia sisältäviä pepti-10 deitä, tryptofaania ja tyrosiinia sisältäviä aminohappo- johdannaisia, kofaktoreita, puriineja, pyrimidiinejä, nukleosideja, nukleotideja, nukleiinihappoja, steroideja, vitamiineja ja muita. Tässä yhteydessä, NADH (nikotiini-adeniinidinukleotidi) ja NAD(P)H ovat edullisimmat esi-15 merkit biogeenisistä fluoroforeista. Muita esimerkkejä fluoresoimaan kykenevistä biologisista aineista ovat ty-rosiini, tryptofaani, ATP (adenosiinitrifosfaatti), ADP (adenosiinidifosfaatti) adeniini, adenosiini, estrogeenit, histamiini, vitamiini A, fenyylialaniini, p-amino-20 bentsoehappo, dopamiini (3,4-dihydroksifenyylietyyliamii- ni), serotoniini (5-hydroksitryptamiini), dopa (3,4-di-hydroksifenyylialaniini), kynureniini ja vitamiini B12.

Jokaisella biokemiallisella tai kemiallisella molekyylillä (biogeenisellä fluoroforilla) on luonteenomai-25 nen viritys- ja fluoresenssispektri. Yleensä fluoresens- « « sispektri tai fluoresenssivyöhyke jakautuu kahteen tai useampaan maksimihuippuun, kunkin huipun esiintyessä spesifisellä aallonpituudella. Fluoresoivan molekyylin fluo-resenssiemission osoittamiseksi on välttämätöntä osoittaa 30 tämä emissio aallonpituudella, joka on fluoroforin fluoresens s i vyöhykkeen sisällä, edullisesti aallonpituudella, joka vastaa huippua fluoresenssispektrissä. Myöskin, fluoroforia tulee säteilyttää valolla, joka emittoituu aallonpituudella, joka on fluoroforin viritysvyöhykkeen . 97240 15 sisällä, edullisesti aallonpituudella, joka vastaa viri-tysvyöhykkeen huippua.

Määritelmä "luonteenomainen" käytettynä biogeenis-ten fluoroforien yhteydessä tarkoittaa, että biogeeninen 5 fluorofori on sellainen, jota kyseessä oleva elävä biologinen materiaali tuottaa luontaisesti, se on mikro-organismien sekaviljelmä, määränä, joka heijastaa elävän materiaalin biologista aktiivisuutta, esimerkiksi aineenvaihdunnan aktiivisuutta. Tyypillisesti biogeenisia fluo-10 roforeja on solunsisäisinä aineina mikro-organismeissa.

Tärkeiden esimerkkien yllä mainituista fluorofo-reista virityshuippu ja vastaavasti fluoresenssihuippu ilmenevät alla olevasta taulukosta.

* a « 16 97240

Taulukko 1

Esimerkkejä biologisesti tärkeistä fluoresoivista aineista 5 Viritys- fluore- huippu senssi-huippu (nm) (nm) 10 *tyrosiini 75 303 3.4- dihydroksifenyylialaniini (Dopa) 345 410 *tryptofaani 287 348 kynureniini 370 490 5-hydroksitryptamiini (serotoniini) 295 330 15 fenyylialaniini 260 282 3.4- dihydroksifenyylietyyliamiini 345 410 (dopamiini) histamiini 340 480 vitamiini A 372 510 20 flaviinit 450 535 NADH & NAD(P)H 340 460 p-aminobentsoehappo 294 345 vitamiini B12 275 305 estrogeenit 285 325 25 ATP, ADP, adeniini, adenosiini 272 380 * proteiinifluoresenssin aiheuttaja

On edullista, että keksinnön mukaisen menetelmän 30 käytäntöönpanossa, valo emittoidaan aallonpituudella, jo-. ka on pitempää kuin 250 nm, erityisesti alueella 250 nm - 780 nm, esimerkiksi noin 340 nm, ja fluoresenssiemissio osoitetaan aallonpituuksilla, jotka ovat pitempiä kuin 250 nm, edullisesti alueella 250 nm - 800 nm, erityisesti alu-35 eella 280-500 nm, esimerkiksi noin 460 nm.

<1 ill i tilli I i I ai ; .

17 97240 Määritelmä "vesiympäristö" käytettynä tässä tarkoittaa nestettä, joka sisältää vettä pääasiallisena pe-rusaineosanaan, mieluusti enemmän kuin 80 % painosta, mieluummin enemmän kuin 90 % painosta, erityisesti enem-5 män kuin 96 % painosta, esimerkiksi enemmän kuin 97 % painosta, mieluiten enemmän kuin 99 % painosta, nesteen toimiessa liuottimena ja/tal dispergointiväliaineena, ja siten käsittäen liukoisia ja/tai liukenemattomia ja/tai suspendoituja ja/tai dispergoituneita aineita, materiaa-10 le ja ja/tai mikro-organismien sekaviljelmiä, kuten yllä on määritelty, luoden siten biologisen systeemin.

Tässä käytettynä määritelmää "jätevesi" käytetään yleisenä määritelmänä vesipitoisille jätevesille, jotka sisältävät orgaanisia ja/tai epäorgaanisia aineita, jotka 15 ovat läsnä tai ovat muodostuneet ympäristössä ihmisten olemassaolon ja/tai aktiivisuuden seurauksena, pitäen sisällään teollisen toiminnan laajimmassa määritelmässään, joka esim. käsittää kotitalous- ja teollisuustoiminnan, maatalouden, metsätalous ja kalatalousteollisuuden, ja 20 jota halutaan käsitellä niin, että saadaan puhdistettua vettä, joka on vähemmän saastunutta kuin jätevesi, päätavoitteena ollessa säilyttää ja/tai jopa parantaa ympäristöä ja/tai tarjota tuotteena puhdistettua vettä, jota voidaan käyttää uudelleen vesijohtovetenä. Tyypillisesti 25 jätevettä tuotetaan jatkuvasti tai ajoittain.

Tässä käytettynä määritelmä "on-line mittaus" tarkoittaa mittauksia, joilla on lyhyt vasteaika, se tarkoittaa, että numeerinen arvo tai elektrinen signaali, joka saadaan tuloksena todellisesta määrityksestä, merki-30 tään muistiin olennaisesti prosessin tiettyinä hetkinä.

Määritelmällä "prosessiparametri" tarkoitetaan fysikaalista suuretta, joka tietyissä oloissa on muuttumaton, toisin kuin muut fysikaaliset suureet, jotka voivat vaihdella, ja alistetaan tosiasialle, että ensin mainittu 35 fysikaalinen suure voi itsekin vaihdella, kun tietyt olo- • · 97240 18 suhteet muuttuvat. Täten tietyissä oloissa prosessipara-metri on prosessimuuttuja. Tietyssä puhdistusprosessissa esimerkkejä muuttumattmista prosessiparametreistä ovat eri säiliöiden, altaiden ym. tilavuuskapasiteetit, ja muun 5 prosessissa käytetyn välineistön koko ja kapasiteetti. Esmerkkejä prosessiparametreistä, joita voidaan kontrolloida prosessioperaation aikana, se on prosessimuuttujis-ta, ovat biologisesti hajoavan materiaalin panostus (kon-sentraatio ja laatu), hapen konsentraatio, pH, lämpötila, 10 sameus, saostuskemikaalien annosmäärä, niiden entsyymien annosmäärä, jotka pystyvät muuntamaan biologisesti vaikeasti hajoavaa biologisesti hajotettavaa hiilipitoista materiaalia helposti biologisesti hajoavaksi hiilipitoi-seksi materiaaliksi, aktivoidun lietteen kierrätyksen mää-15 rä, sisääntulovirtauksen määrä, ulosmenovirtauksen määrä, sekoitusmäärä, hapen annosmäärä, ilman (ilmastuksen) annosmäärä, aktivoidun lietteen kokonaismäärä aktivoidun lietteen kierrätyksen systeemitasolla.

Kyseessä olevan prosessin, ja laitoksen, jossa 20 prosessi toteutetaan, tuntemuksen pohjalta, alaan perehtynyt henkilö pystyy valitsemaan oikeat prosessiparamet-rit, joita kontrolloidaan, perustuen tällä systeemillä määritettyihin muutoksiin fluoresenssiemissiossa ja/tai sen muutoksissa.

25 Tässä käytetty määritelmä "erotusprosessi" tar- koittaa prosesseja, joissa materiaali ja/tai aineet erotellaan toisistaan, erityisesti sellaisia prosesseja, joissa eroteltavat materiaali ja/tai aineet esiintyvät eri fysikaalisissa muodoissa, se on nestemäisenä ja vastaa-30 vasti kiinteäaineena, tai kaasuna ja vastaavasti kiinteä-. aineena, tai kaasuna ja vastaavasti nestemäisenä, mutta myös prosesseja, joissa erotetan kaksi nestefaasia. Edullisia erotusprosesseja ovat ne prosessit, joita tavallisesti käytetään veden tai jäteveden puhdistusprosesseissa, 35 ja jotka ovat pääasiassa luonteeltaan mekaanisia, kuten 97240 19 näkyvien saastuttavien materiaalien poistaminen (kiinteiden aineiden) tulevasta jätevedestä jätevedenpuhdistuslai-tokseen, flotaatio ja sedimentaatio, esimerkiksi käyttämällä välineistöä, kuten karkeita verkkoja, hienoja verk-5 koja, jauhaimia, seulontasäiliöitä, sorakammioita, seiso- tussäiliöitä ja sedimentaatiosäiliöitä.

Tässä käytettynä määritelmä "kemialliset reaktiot" tarkoittaa kemiallisia reaktioita, joissa on yllä määritellyn kaltaista biologisesti hajoavaa materiaalia yhtenä 10 reagoivana osapuolena, muun reagoivan aineen (aineiden) ollessa esimerkiksi saostuskemikaaleja, jotka pystyvät reagoimaan biologisesti hajoavan materiaalin kanssa niin, että muodostuu sakka (sakkoja), joka voidaan liettää nesteestä. Määritelmä "kemialliset reaktiot" käsittää myös 15 höytysaostusprosessin, erityisesti kolloidisten kiin teiden aineiden, ja hyvin hienojakoisen suspendoituneen aineksen höytysaostuksen, joka saatetaan liettyväksi lisäämällä koagulantteja. Nämä ovat kemikaaleja, jotka dis-pergoituvat veteen hienojen partikkeleiden muodossa, 20 joilla on positiivinen sähkövaraus, joka neutraloi luon nossa esiintyvien kiinteiden partikkeleiden sähkökentän kolloidisuspensiossa. Tämän ilmiön seurauksena kolloidi-suspensiot kerääntyvät yhteen muodostamaan höytäleitä, jotka tulevat suuremmiksi ja suuremmiksi höytysaostuksen 25 vuoksi. Höytäleet laskeutuvat, erottuen siten liuoksesta gravitaatiovoiman vuoksi, tarttuen ja lastautuen partikkeleilla, jotka eivät ole höytäleissä.

Saostuskemikaaleina ja/tai koagulantteina voidaan tavallisesti käyttää kalkkia, hydratoitua kalkkia ja di-30 tai trivalenttisten metallien suoloja, kuten ferriklori- dia, ferrisulfaattia, ferrosulfaattia, alumiinisulfaat-tia, natriumaluminaattia, alumiinikloridia, magnesiumkar-bonaattihydroksidia, kalsiumkarbonaattia, kalsiumhydrok-sidia, aktivoituja silikaatteja, guarkumeja, tärkkelystä, 35 tanniineja, natriumalginaattia, polyalumiinisulfaattia, 97240 20 polyalumiinihydroksikloridia, Bio-Flock :ia ja synteettisiä polyelektrolyyttejä, esimerkiksi Zetag :ia, Magnaflo-c :ia, Superfloe :ia jne.

Seuraavassa tekstissä kutsutaan biologisesti hajo-5 avan materiaalin kemiallisen saostuksen prosessia ja höy-tysaostus- ja sedimentaatioprosessia yhteisesti kemialliseksi saostukseksi. Näissä prosesseissa käytettyjä saostuskemikaaleja ja koagulantteja kutsutaan yhteisesti saostuskemikaaleiksi.

10 Jotta tarjotaan optimi- tai lähes optimiolot ke mialliselle saostusprosessille, kemiallisiin reaktioihin saatettavan biologisen systeemin pH tulisi pitää alueella noin 6,5-11,0, optimi- tai lähes optimi-pH-arvon riippuessa käytetystä saostuskemikaalista. Täten puhdistus-15 prosessiin saatetun biologisen systeemin pH tulisi jatkuvasti säätää, jotta saavutetaan parhaat mahdolliset tulokset kemiallisesta reaktiosta. Esimerkiksi kun käytetään ferrosulfaattia, pH on edullisesti alueella 8-11. Lämpötila on tavallisesti ympäröivä lämpötila.

20 Tässä käytetyllä määritelmällä "biologinen käsit tely" tarkoitetaan vesisysteemin käsittelyä niin, että olennaisesti vähennetään biologisesti hajoavan materiaalin määrää vesisysteemissä saattamalla vesisysteemi biologiseen hajotusprosessiin. Tämä prosessi sisältää vesi-25 systeemin saattamisen kontaktiin mikro-organismien kans-' sa, jotka pystyvät hajottamaan vesisysteemin biologisesti hajoavaa materiaalia. Vesisysteemi ohjataan esimerkiksi säiliöön, altaaseen tai sen kaltaiseen, jossa on mikro-organismien sekaviljelmä, se on aktivoitua lietettä (bio-30 massaa), jossa läsnä olevat mikro-organismit pilkkovat tai ( hajottavat käsiteltävän vesisysteemin biologisesti hajoa vaa materiaalia.

Tavallisesti tässä biologisessa käsittelyssä mikro-organismit muodostavat flokkuloita ja flokkuloituneet 35 mikro-organismit saatetaan kontaktiin käsiteltävän vesi- 97240 21 systeemin kanssa. Flokkuloituneiden mikro-organismien erottelu vesisysteemissä saavutetaan ilmastamalla (kun kyseessä on aerobiset hajotusolosuhteet), valinnaisesti yhdessä sekoituksen kanssa. Kun biologisesti hajotettavan 5 materiaalin mikrobiologinen hajotus on päättynyt, flokku-loituneet mikro-organismit erotetaan tavallisesti suspensiosta, usein yksinkertaisesti antamalla suspension laskeutua. Edullisesti vähintään osa laskeutuneesta materiaalista, joka sisältää huomattavan määrän flokkuloitu-10 neista mikro-organismeista, kierrätetään biologisen käsittelyvaiheen sisääntuloon, jossa se sekoitetaan biologiseen hajotukseen saatettavaan vesisysteemiin. Tavallisimmin on välttämätöntä poistaa osa biomassasta, se on mikro-organismeista, jotka on tuotettu hajotuksen tulok-15 sena biologisessa käsittelyvaiheessa. Tämä materiaali saatetaan esimerkiksi suodatukseen ja se saostetaan pois jollain sopivalla tavalla.

Riippuen biologisessa käsittelyvaiheessa olevista mikro-organismien sekaviljelmistä, voi olla välttämätöntä 20 säätää käsiteltävän vesisysteemin pH, jotta saavutetaan optimi- tai lähes optimiolosuhteet hajotukselle. Tavallisesti on edullista, että käsiteltävän vesisysteemin pH on alueella 6-9, sillä useimmat mikro-organismit sietävät tämän alueen. Useimmissa tapauksissa edullinen pH-alue on 25 7-8. Jos mahdollista, myöskin käsiteltävän vesisysteemin ‘ lämpötila voidaan sopeuttaa läsnäolevaan mikro-organis mien sekaviljelmään. Useimmat mikro-organismit sietävät lämpötiloja alueella 10-70°C; psykrofiilit mikro-organismit osoittavat aktiivisuutta lämpötiloissa alueella 5-30 25°C, mesofiilit mikro-organismit osoittavat aktiivisuut ta lämpötiloissa alueella 25-40°C ja termofiilit mikro-organismit osoittavat aktiivisuutta lämpötiloissa alueella 40-60°C. Joissain tapauksissa voi olla edullista lisätä ravinteita biologisessa käsittelyvaiheessa käsiteltä-35 vään vesisysteemiin; jos siitä puuttuu tiettyjä olen- « • * 97240 22 naisia tai biologista hajotusta edistäviä aineita. Kaikissa tapauksissa tulisi käsiteltävä vesisysteemi säätää, jotta saavutetaan optimikasvuolosuhteet, se on mikro-organismien sekaviljelmässä olevien mikro-organismien mak-5 simaalinen spesifinen kasvutaso. Tällaiset optimiolosuhteet voidaan määrittää esikokeilla pilot- tai laborato-riotason välineillä.

Määritelmällä "puhdistettu vesi, jossa on olennaisesti pienempi määrä biologisesti hajoavaa materiaalia 10 kuin vesisysteemissä" tarkoitetaan vettä, jossa biologisen materiaalin konsentraatio on vähintää 5 kertaa pienempi kuin vesisysteemissä, edullisesti vähintään 10 kertaa pienempi, edullisemmin vähintään 20 kertaa pienempi ja edullisimmin vähintään 50 kertaa pienempi kuin vesi-15 systeemissä. Monissa tapauksissa lopputuote on puhdasta vettä.

Määritelmällä "puhdas vesi" tarkoitetaan vettä, jonka hiiltä, typpeä ja/tai fosforia sisältävien komponenttien konsentraatiot ovat niin alhaisella tasolla, et-20 tei tällaisia materiaaleja käytännössä ole lainkaan saatavilla biologista tai mikrobiologista kasvua varten puhdistetussa vedessä itsessään tai puhdistetun veden vastaanottajissa. Puhtaan veden vastaanottajissa ilmenevää biologista tai mikrobiologista kasvua ei aiheuta puhtaan 25 veden johtaminen vastaanottajaan. Biologisen hapentarpeen (Biological Oxygen’Demand, BOD) perusteella Tanskan lainsäädäntö on asettanut ylärajaksi 15 mg/1 lopullisessa ulosvirtauksessa jätevedenpuhdistamoista, se on puhdistetussa vedessä, joka määritelmä voi sitten palvella käy-30 tännön numeerisena ohjearvona määriteltäessä tässä termiä . "puhdas vesi". Mitä tulee suspendoituneiden kiinteäainei- den määrään puhdistetussa vedessä, on mahdollista poistaa olennaisesti kaikki suspendoituneet kiinteät aineet jätevedestä lisäämällä ylimääräinen puhdistusvaihe (-vaihei- 23 97240 ta), esimerkiksi hiekkasuodatus (-suodatuksia) kokonais-vedenpuhdistusprosessiin.

Määritelmällä "mikrobiologinen aktiivisuus" tarkoitetaan vesisysteemissä ja biologisessa käsittelyvai-5 heessaolevien mikro-organismien sekaviljelmien metabolis-ta aktiivisuutta. Elektroninsiirtäjät NADH ja NAD(P)H esiintyvät kaikissa elävissä soluissa. Ne näyttelevät hyvin tärkeää osaa solun aineenvaihdunnassa: NADH ja NAD(P)H näyttelevät pääosia kataboliassa ja vastaavasti anabolias-10 sa. Solut ylläpitävät näiden pelkistyneiden pyridiininuk-leotidien varastoa erilaisia pelkistysreaktioita varten. Esimerkiksi aerobisessa aineenvaihdunnassa sitruunahappo-kierrossa tuotettu NADH luovuttaa elektroninsa hengitysketjun entsyymeille. Toisaalta anaerobisessa aineenvaih-15 dunnassa glykolyysissä tuotettu NADH luovuttaa elektroninsa pelkistyville välituotteille, kuten asetaldehydi, buta-raldehydi ja etanoli. Mikro-organismit voivat esiintyä eri aineenvaihdunnallisissa tiloissa riippuen ympäristön olosuhteista. Aerobisesti kasvavat mikro-organismit ovat eri-20 laisessa aineenvaihdunnan tilassa verrattuna niihin, jotka kasvavat anaerobeissa oloissa. Edellisillä oksidatiivinen-/fosforylaatioreitti on aktiivinen ja hapen saatavuus pitää yllä mikro-organismeissa oksidatiivisempaa aineenvaihdunnan tasoa verrattuna anaerobeissa oloissa oleviin mik-25 ro-organismeihin. Täten, riippuen aineenvaihdunnan tilasta, mikro-organismit pitävät yllä suhteellisen suurta tai suhteellisen pientä NAD(P)H varastoa.

Rajoittumatta mihinkään teoriaan, uskotaan, että kun biologisessa systeemissä on suuret konsentraatiot 30 biologisesti hajoavaa materiaalia, mikro-organismit käyttävät osan NADH varastostaan, se on energiaavarastostaan biologisesti hajoavan materiaalin hajotukseen, osoittaen siten suurta aktiivisuustasoa, joka johtaa puolestaan NADH:n alhaiseen tasoon. Biologisesti hajoavan materiaa-35 Iin esiintyessä alhaisina konsentraatioina vesisys- • > 24 ΓΓ/40 teemissä, mikro-organismeilla on mahdollisuus muuntaa ha-jotusprosessien seurauksena vapautunutta energiaa sidotuksi (potentiaaliseksi) energiaksi. Tämä sidottu energia voi olla esimerkiksi lisääntyneen määrän mikro-organis-5 me ja muodossa, tai lisääntyneen konsentraation runsas- energisiä yhdisteitä muodossa, kuten NADH, mikro-organismeissa. Voidaan olettaa, että suhteet, kuten tässä oletettu, yhdistettynä hämmästyttävään mahdollisuuteen käyttää fluoresoivia määrityksiä tässä tarkastelluissa erit-10 täin monimuotoisissa ja monimutkaisissa systeemeissä, tekevät mahdolliseksi käyttää fluoresoivia määrityksiä kontrollointiin tai arvioimiseen tarkoituksissa, jotka ovat keksinnön mukaisia.

Edelleen, on otettava huomioon, että biologisesti 15 hajoavan materiaalin laatu, tai tyypillisemmin vaihtelut laadussa määriteltynä biologisena hajoavuutena, voidaan arvioida käyttämällä NADH-määrityksiä. Spesifisemmin, vaihtelut NADH:n määrässä määritettynä biologisessa systeemissä, joka käsittää myös biologisesti hajoavaa mate-20 riaalia, olevasta mikro-organismiviljelmästä, heijastaa vaihtelua biologisesti hajoavan materiaalin laadussa. Täten NADH:n suhteelliset määrät mitattuna yllä määritellystä biologisesta systeemistä, heijastavat mainitussa systeemissä olevan biologisesti hajoavan materiaalin suh-25 teellistä biologista hajoavuutta.

* Määritelmällä "suhteellinen määrä" tarkoitetaan biologisesta systeemistä, joka käsittää mikro-organismien sekaviljelmän ja biologisesti hajoavaa materiaalia määritetyn NADH:n lisääntymistä tai vähenemistä, lisääntymisen 30 tai vähenemisen ollessa seurausta vaihtelusta biologises- ·_ sa hajoavuudessa tai biologisen materiaalin laadussa.

Vaihtoehtoisesti NADH:n suhteellinen määrä voidaan arvioida vertaamalla biologisesti hajoavasta materiaalista, jonka biologista hajoavuutta arvioidaan, määritetyn NADH:n 35 määrää NADH:n määrään, joka on määritetty biologisesta - 97240 25 systeemistä, joka käsittää mikro-organismien sekaviljelmän ja materiaalia, jonka biologinen hajoavuus tunnetaan. Jälkimmäisessä tapauksessa, mikro-organismien sekaviljelmän biologisen hajotuksen kapasiteetti tulisi olla sama kah-5 dessa NADH-määrityksessä.

Tässä yhteydessä määritelmä "biologinen hajoavuus" käytettynä osoittamaan biologisen materiaalin laatua, tarkoittaa helppoutta, jolla biologiset! hajoava materiaali hajoaa mikro-organismien sekaviljelmän toimesta, 10 esim. yllä määritellyn laisessa biologisessa systeemissä, mitä tulee tällaisen hajotuksen energiantarpeeseen. Täten helposti biologisesti hajoava materiaali muodostaa suhteellisen pienen energiantarpeen hajottavalle mikro-organismiviljelmälle, kun taas vähemmän helposti biologi-15 sesti hajoavat materiaalit vaativat paljon suuremman mää rän energiaa hajotakseen.

On hyvin tunnettua, että on olemassa kaksi pääjärjestelmää mikro-organismien biologisesti hajoavien aineiden ottamiseksi, se on, yksi järjestelmä perustuu peri-20 aatteeseen aineen aktiivisesta kuljetuksesta solumembraa-nin tai soluseinän läpi, ja toinen järjestelmä perustuu periaatteeseen passiivisesta kuljetuksesta solumembraanin tai soluseinän läpi. Uskotaan, että helposti biologisesti hajoavat materiaalit, se on materiaalit, joiden biologi-25 nen hajoavuus on suuri, assimiloidaan helposti tai no-‘ peasti mikro-organismien kyseessä olevaan viljelmään sekä aktiivisen että passiivisen kuljetussysteemin toimesta. Siten tällaisten materiaalien voidaan odottaa pystyvän diffundoitumaan viljelmän mikro-organismien soluseinän 30 läpi ilman, että niitä täytyy modifioida millään oleellisella tavalla, joka vaatisi energiaa mikro-organismeilta, ja tämän seurauksena ne hajotetaan mikro-organismien solunsisäisissä aineenvaihduntaprosesseissa. Vähemmän helposti biologisesti hajoavat materiaalit ovat sel-35 laisia, jotka eivät pysty, joko passiivisella tai ak- 97240 26 tiivisella kuljetuksella diffundoitumaan soluseinän läpi ilman, että niitä on ensin modifioitu. Voidaan odottaa, että vähemmän helposti biologisesti hajoavat materiaalit esiintyvät sellaisina ketjupituuksina, jotka eivät sovel-5 lu läpäisemään soluseinää tai solumembraania, joko niiden eteerisen rakenteen vuoksi tai niiden koon vuoksi. Tällaisia materiaaleja täytyy modifioida, esim. pilkkomalla aineiksi, joiden koko on sopiva, ennen kun ne kykenevät diffundoitumaan soluseinän tai -membraanin läpi, ja jou-10 tumaan sitten solun sisällä tapahtuvaan hajotukseen. Modifikaation oletetaan käsittävän biologisen materiaalin osien hajottamisen tai pilkkomisen pienemmiksi molekyyleiksi, esim. hydrolyysillä.

Solumembraanin tai soluseinän läpäisemään kykene-15 vän materiaalin hiiliketjun kriittinen dimensio tai pituus on erilainen aktiiviselle ja vastaavasti passiiviselle kuljetukselle. Tapauksessa, jossa biologisesti hajoava materiaali käsittää pääasiassa hiilipolymeerejä, jotka otetaan passiivisella kuljetuksella, ne tulisi mie-20 luiten pilkkoa hiiliyhdisteiksi, jotka käsittävät pienemmän määrän hiiliatomeja, kuten kahden hiilen hiiliket-juiksi. Uskotaan, että yhdisteet, jotka eivät sisällä enempää kuin kaksi hiiliatomia, voivat läpäistä soluseinän tai solumembraanin ilman vaikeuksia, kun taas yhdis-25 teet, jotka sisältävät enemmän kuin kaksi hiiliatomia, täytyy modifioida ennen diffuusiota. Aktiivisen kuljetuksen ollessa kyseessä, suuremmat molekyylit, kuten glukoosi, voidaan kuljettaa soluseinän tai solumembraanin läpi ilman liian suurta energiamäärän tarvetta.

30 Vähemmän helposti biologisesti hajoavan materiaa lin välttämättömän modifikaation uskotaan tapahtuvan ainakin osittain viljelmän mikro-organismien toimesta. Siten uskotaan, että mikro-organismit syntetoivat aineita, esim. proteolyyttisiä tai hydrolyyttisiä entsyymejä, tai 35 ekstrasellulaarisia entsyymejä kuten amylaaseja, lipaase- 4 • · 97240 27 ja tai proteaaseja, jotka pystyvät modifioimaan biologisesti hajoavaa materiaalia halutulla tavalla. Tämä synteesi vaatii energiaa, esim. NADH:n muodossa. Täten mittaamalla NADH:n suhteellista määrää, on mahdollista ar-5 vioida mikro-organismien suhteellista energiankulutusta, ja siten arvioida muutoksia biologisesti hajoavan materiaalin biologisessa hajoavuudessa.

On oletettavaa, että NADH:n suhteellisen määrän väheneminen, esim. arvioituna mittaamalla NADH:n fluore-10 senssiemissiota mikro-organismiviljelmästä käyttäen tässä kuvattuja fluoresenssiemissiomääritysten periaatteita, indikoi, että biologisesti hajoavalla materiaalilla on vähentynyt biologinen hajoavuus, kun taas lisääntynyt NADH:n suhteellinen määrä heijastaa lisääntynyttä biolo-15 gista hajoavuutta. Tätä indikoivat esimerkissä 11 kuvattujen kokeiden tulokset, jossa NADH:n fluoresenssiemissio mikro-organismiviljelmästä lisääntyy suuresti, kun mikro-organismeille syötetään helposti assimiloitavaa hiilen-lähdettä (glukoosia), jonka kulutus vaatii alhaisemman 20 energiamäärän verrattuna monimutkaisempiin hiilenlähtei- siin, katso yllä esitettyä teoriaa.

Yllä esitetyn selityksen mukaisesti on mahdollista arvioida tietyn materiaalin biologinen hajoavuus menetelmällä, joka käsittää biologisessa systeemissä olevan 25 NADH:n määrän määrityksen a) joka käsittää mikro-organismien sekaviljelmän ja materiaalin, jonka biologista hajoavuutta arvioidaan, b) verrataan määritettyä NADH:n määrää NADH:n määrään, joka on biologisessa systeemissä, joka käsittää 30 mikro-organismien sekaviljelmän, jolla on samanlainen biologinen hajotuskyky, ja tunnetun koostumuksen käsittävän bilogisesti hajoavan materiaalin, ja c) määritetään ero NADH:n määrässä kahdessa biologisessa systeemissä.

97240 28

Materiaali voi olla mitä tahansa biologisesti hajoavaa materiaalia, esim. yllä määritellyn kaltaista, ja mentelmä on erityisen kiinnostava materiaalien yhteydessä, jotka hajotetaan, esim. käyttäen keksinnön mukaista 5 menetelmää.

Jäteveden tai viemäriveden puhdistamoon johdetun biologisesti hajoavan materiaalin biologinen hajoavuus voi olla tärkeä parametri mainitun puhdistamon kontrolloinnissa tehden mahdolliseksi sopeuttaa täsmällisemmin 10 puhdistamon biologista hajotusprosessia käsiteltävän materiaalin biologisen hajoavuuden mukaan, ja siten esimerkiksi välttää puhdistamon ylikuormitusta, esim. kontrolloimalla puhdistamoon johdetun materiaalin määrää tai laitoksessa toteutettavien prosessien tiettyjä vaiheita, 15 tai modifioimalla meteriaalia ennen biologista hajotus- vaihetta laitoksessa tai sen aikana. Edelleen, yllä kuvattua menetelmää biologisen hajoavuuden arvioimiseksi voidaan käyttää jatkuvassa jäteveden laadun analyysissä eri lähteistä, esim. ulosvirtauksessa eri tyyppisestä 20 teollisuudesta. On esimerkiksi mahdollista määrittää erilaisten toksisten aineiden äkillinen ulospääsy, esim.

raskasmetallien, orgaanisten liuottimien, pinta-aktiivis-ten aineiden ja muiden kemiallisten aineiden, joiden uskotaan rasittavan mikro-organismiviljelmää ja siten joh-25 tavan vaihteluihin NADH-arvossa samalla tavalla, kuin yl-: lä on selitetty, tai johtavan jopa mikro-organismivil jelmän kuolemaan.

Menetelmän käytännön suorituksessa on usein edullista seurata systeemin fluoresenssiemissiota ensin koe-30 aikana ja tarkkailla huolellisesti lisääntyneen tai vähentyneen käsittelyn vaikutusta biologisesti hajoavan materiaalin vähentymiseen tai hajoamiseen, osittain systeemin mukaisesti ja osittain fluoresenssiemissiolla, siten saaden selville korrelaatio käsittelyparametrien, 35 systeemin olosuhteet ja fluoresenssiemissiomääritys, te- 97240 29 hon ja vuorovaikutuksen välillä, identifioimaan kriittiset ja/tai sopivat käsittelyarvot, joita voidaan käyttää tehokkaimmin ja/tai taloudellisimmin kontrolloimaan systeemiä määritetyn fluoresenssiemission perusteella.

5 Käytännössä määritetty fluorofori ja/tai fluoroforit valitaan joukosta, joka käsittää tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappo johdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, 10 nukleotidit, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit, ja määritys toteutetaan sopivasti käyttämällä on-line fluore-senssisensorivälineistöä, kuten esim. seuraavissa esimerkeissä käytetyn kaltaista välineistöä.

Valo, jolla systeemiä säteilytetään, on edullises-15 ti valoa, joka emittoituu aallonpituudella, joka on pitempää kuin 250 nm, ja fluoresenssiemissio osoitetaan edullisesti aallonpituuksilla 280-500 nm. Aallonpituus tulee luonnollisesti sopeuttaa kunkin erityisen systeemin mukaan, erityisesti systeemissä olevien fluoroforien tyy-20 pin mukaan.

Yllä esitetyn mukaisesti menetelmän tärkeitä suoritusmuotoja ovat suoritusmuodot, joissa fluorofori on nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi, kuten NADH tai NADPH. Tässä tapauksessa valo emittoidaan edullisesti aallonpi-25 tuudella noin 340 nm, ja mainittu fluoresenssiemissio osoitetaan aallonpituudella noin 460 nm.

Kuten yllä on mainittu, NADH/NADPH ovat tärkeitä elementtejä aineenvaihduntareiteissä, ja siten nämä aineet liittyvät suoraan kaikkien mikro-organismien kapasi-30 teettiin muuntaa aineenvaihdunnassaan biologisesti hajoavia aineita haitattomiksi, käytettävissä oleviksi aineiksi .

Tapauksissa, joissa fluorofori on NADH tai NADPH, ja biologiseen käsittelyvaiheeseen johdetun biologisesti 35 hajoavan materiaalin laatu on sellainen, että biologises- 97240 30 ti hajoava materiaali ei käsitä pääasiassa helposti assimiloitavia aineita, prosessin kontrolli suoritetaan siten, että yhtä tai useampaa prosessin parametriä kontrolloidaan suuntaan, joka vähentää biologisesti hajoavan ma-5 teriaalin määrää mainitussa systeemissä, erityisesti biologisesti hajoavan materiaalin määrää siinä osassa systeemiä, joka saatetaan biologiseen käsittelyyn, kun vähentynyttä fluoresenssiemissiota havaitaan biologisessa käsittelyvaiheessa, ja sitä kontrolloidaan suuntaan, joka 10 sallii biologisesti hajoavan materiaalin lisääntyneen määrän, kun havaitaan lisääntynyttä fluoresenssiemissiota biologisessa käsittelyvaiheessa.

Menetelmän erityisessä suoritusmuodossa, jätevedessä oleva biologisesti hajoava materiaali saostetaan 15 jätevedenpuhdistuslaitoksen kemiallisessa reaktiovaihees- sa, edullisesti sen ensimmäisessä lietesäiliössä, edullisesti lisäämällä saostussuoloja, ja jäteveteen lisättyjen mainittujen suolojen (suolan) annosmäärää kontrolloidaan yhden tai useamman systeemissä olevan biogeenisen 20 fluoroforin fluoresenssiemission ja/tai sen vaihteluiden on-line määritysten pohjalta sätelytettäessä valolla. Tässä tapauksessa saostussuolat voidaan edullisesti valita joukosta, joka käsittää di- tai trivalenttisia metalleja, edullisemmin rautasuoloja, alumiinisuoloja, nat-25 riumsuoloja, magnesiumsuoloja ja/tai kalsiumsuoloja tai ' niiden seoksia, edullisimmin ferrosulfaattia, ferrosul faattia tai ferrikloridia.

Edelleen, on oletettavaa, että jotta tarjotaan suhteellisen pysyvä tehokkuus biologiselle käsittelyvai-30 heelle (-vaiheille), se on optimi- tai lähes optimiolot organismien sekaviljelmälle ja valinnaisesti biologiseen käsittelyyn saatetussa jätevedessä oleville muille organismeille, jotka organismit kykenevät hajottamaan orgaanista ja/tai epäorgaanista ainesta (biologisesti hajoavaa 35 materiaalia), on hyödyllistä lisätä hajottamista edistäviä • 97240 31 aineita silloin, kun prosessoimattomassa jätevedessä on suuri konsentraatio heikosti biologisesti hajoavaa materiaalia.

Hajotusta edistävinä aineina voidaan käyttää esi-5 merkiksi jätettä muokkaavia aineita, kuten entsyymejä, jotka pystyvät muuttamaan heikosti biologisesti hajoavan materiaalin helposti assimiloitaviksi aineiksi. Entsyymit voidaan lisätä teknisen laadun entsyymien muodossa tai fermentaationesteenä, joka käsittää haluttuja entsyymejä 10 puhdistamattomassa muodossa. Myöskin esimerkki hajotusta * edistävistä aineista ovat helposti biologisesti hajoavat aineet, joiden uskotaan tarjoavan mikro-organismien seka-viljelmälle välttämättömän määrän energiaa vaikeammin hajotettavan materiaalin hajotusta varten, sillä mikro-or-15 ganismit hajottavat aineet halposti tai välittömästi, ja täten niillä on yksinomaan ravintotehtävä tarjota uutta energiaa mikro-organismin solunsisäisen aineenvaihdunnan aikana.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa, teollisuu-20 den ja yhdyskuntajätevesi saatetaan poistoveden tai jäteveden puhdistusprosessiin, joka käsittää mekaanisen, kemiallisen ja biologisen käsittelyvaiheen. Tällaisen jäte-vedenpuhdistusprosessin todellinen prosessimalli, se on käytetyt todelliset yksikkötoiminnot ja välineistö, voi 25 vaihdella suuresti. Esimerkki jätevedenpuhdistuslaitoksen prosessimallista on esitetty kuvassa 1. Sisääntuleva jätevesi voi käsittää yhden tai useamman sisääntulovirran. Jos jätevedenpuhdistusprosessi on suunniteltu suhteellisesti suurten tilavuuksien käsittelyyn, esim. enemmän kuin 30 20 % kokonaistilavuuden määrästä, teollisuuden jätevesiä, joissa on suuret konsentraatlot biologisesti hajoavaa materiaalia, tällaiset teollisuuden jätevedet saatetaan prosessiin (laitokseen) edullisesti yhtä tai useampaa erillistä sisääntulovirtausta käyttäen.

• · 97240 32

Fluoresenssisensorilaitteisto, joka kykenee emittoimaan valoa aallonpituuksilla, jotka ovat edullisesti pitempiä kuin 250 nm, erityisesti noin 340 nm, ja havaitsemaan fluoresenssiemissiota aallonpituuksilla 280-5 500 nm, erityisesti noin 460 nm, asetetaan biologisen kä sittelyvaiheen ilmastussäiliöön. Fluoresenssisensoriväli-neistön todellinen sijoituspaikka ei ole ratkaiseva. Fluoresenssisensorivälineistö tulisi kuitenkin suojata "väärältä" valolta, sillä auringonvalo voi sekoittaa mää-10 ritystä ja vaikuttaa siihen. Siten voi olla välttämätöntä suojata fluoresenssisensorivälineistö, jotta vältetään "väärän" valon tunkeutuminen sensorivälineistöön. Käytetty fluoresenssisensorivälineistö pystyy määrittämään ni-kotiiniamidiadeniinidinukleotidin (NADH) fluoresenssi-15 emissiota. Täten NADH:n konsentraatio ilmastustankissa määritetään fluoresenssisensorivälineistöllä. NADH:n konsentraatio on mikrobiologisen aktiivisuuden kvantitatiivinen indikaattori ilmastustankissa, ja siten fluoresens-siemissiomittausten tuloksia käytetään mittana läsnäole-20 vien mikro-organismien sekaviljelmien todelliselle tilalle, se on mikrobiologiselle aktiivisuudelle. Fluoresenssisensorivälineistö pystyy määrittämään NADH:n fluore-senssiemission normalisoitu fluoresenssi -yksikköinä (Normalised Fluorescence Units, NFU), koska se on kalib-25 roitu hyvin määritellyillä NADH-liuoksilla. Yksi NFU vas-taa muutosta fluoresenssissa, jonka aiheuttaa 0,122 μΜ NADH-konsentraatio 30°C:ssa, pH 8,0 konsentraatioalueella 1,0-25,0 μΜ NADH. Merkityt NFU-arvot ovat suhteessa NADH:n määrään (pelkistynyt muoto) ilmastussäiliössä olevissa 30 mikro-organismeissa.

Sensori tulisi asettaa ilmastustankkiin asemaan, jossa on täydellinen sekoitus, eikä "väärän" valon häirintää, esim. päivänvalon (tavallisesti 10-15 cm vedenpinnan alle on riittävä). Myöskin on tärkeää, että sen-35 sorista emittoitunut valo voi transmittoitua "vapaasti" • « 97240 33 ympäröivään veteen. Sensori on varustetu kvartsi-ikkunalla, jonka läpi valo sansoriin ja sensorista siirtyy. Käyttämällä kvartsia varmistetaan, että kiinnittymistä ei tapahdu operaation aikana, ja siten häiritse todellisia 5 mittauksia.

Tavallisesti NFU-mittaukset vain yhdestä sensorista, joka on asetettu ilmastussäiliöön, ovat riittävät saamaan halutun informaation, mutta voidaan käyttää enemmän kuin yhtä sensoria, jos tarpeen, riippuen biologisen 10 käsittelyvaiheen todellisesta suunnittelusta.

Ennen biologista käsittelyvaihetta (ilmastussäi-liö), erillinen teollisuuden jäteveden tulovesi, jossa on suuri konsentraatio biologisesti hajoavaa materiaalia, saatetaan edullisesti kemialliseen reaktioon lisäämällä 15 ferrosulfaattia. Tämän kemiallisen reaktion tarkoitus on kvalitatiivisesti ja/tai kvantitatiivisesti saostaa biologisesti hajoava materiaali jätevedestä, erityisesti aineet, jotka eivät helposti hajoa biologisesti, esimerkiksi rasvahapot, erityisesti aineet, jotka ovat kolloidi-20 partikkelien muodossa.

Sisääntulevan jäteveden biologisesti hajoavan materiaalin osan kemiallisella saostuksella vähennetään eroa ilmastussäiliön minimikuormituksen ja maksimikuormituksen välillä biologisesti hajoavalla materiaalilla. Tämä vä-25 heneminen mahdollisessa biologisen käsittelyvaiheen biolo gisesti hajoavan materiaalin panostuksen muuntelussa johtaa parempiin olosuhteisiin läsnäoleville mikro-organismien sekaviljelmille, ja biologinen hajotus toimii tasaisemmin.

30 Mitatut NFU-arvot ilmastussäiliössä siirretään kontrolloijaan. Kontrollisysteemin asetusarvo voi olla vakio tai se voi edullisesti vaihdella edeltä asetetun funktion mukaan. On edullista määrittää ennalta asetettu funktio jokaiselle erilliselle jätevedenpuhdistusproses-35 sille analysoimalla· tunnittaiset, päivittäiset viikoit- 34 97240 täiset ja kausittaiset muuntelut puhdistamon biologisesti hajoavan materiaalin panostuksessa. Täten asetusarvon ennalta asetetut muuntelut ovat kokemuskysymys, se on perustuvat havaittuihin tosiseikkoihin. Asetusarvo voi esi-5 merkiksi vaihdella olennaisesti biologisesti hajoavan materiaalin panostuksen muuntelujen mukaan, mikä on esitetty kuvassa 11.

Ulostulosignaali kontrolloijasta säätää lopullisen kontrollielementin, se on pumpun nopeuden säätelijä, mikä 10 aiheuttaa muutoksen kemialliseen reaktioon saatettuun erilliseen teollisuuden jätevesivirtaan lisätyn ferrosulfaatin annosmäärässä.

On oletettavaa, että saostuskemikaalien määrä, se on esimerkiksi ferrosulfaatin määrä, joka on lisätty jä-15 teveteen kemiallisessa reaktiovaiheessa saostamaan biologisesti hajoavaa ja/tai biologista materiaalia on samaa suuruusluokkaa kuin tapauksessa, jossa lisätään saostus-kemikaaleja riippuen kokonaisfosforin (P) määrästä sisääntulo j ätevedessä (raakaviemärivesi) ja lopullisessa 20 ulostulovedessä (puhdistettu vesi). Tapauksessa, jossa haluttu fosforikonsentraatio lopullisessa ulostulovedessä on 1-2 mg P/litra, lisätyn metalli-ionin ja kokonaisfos-forin moolisuhde sisääntulovedessä tulisi olla seuraava: - samanaikainen saostus, Fe(II) tai Al(III), moolisuhde = 25 1-1,5 - esisaostus, Ca(II) + Fe(II), pH 8-9, moolisuhde = 1, tai esisaostus, Al(III), moolisuhde = 1-2 - jälkisaostus, Al(III), pH 6,5-7,2, moolisuhde = 1-2

Vastaavasti, jos haluttu fosforikonsentraatio lo-30 pullisessa ulostulovedessä on alueella 0,3-0,5 mg P/lit ra, lisätyn metalli-ionin ja kokonaisfosforin moolisuhde sisääntulovedessä tulisi olla seuraava: - samanaikainen saostus, Fe(Il) tai A1(I1I), moolisuhde = 2 + kontaktisuodatus Fe(II) tai Fe(III), moolisuhde = 2 • : 97240 35 - jälkisaostus, Al(III), pH 5,5-6,5, moolisuhde = 2 + kontaktisuodatus, Fe(III), moolisuhde = 2 -esisaostus, Ca(II) + Fe(II), pH 9-10, moolisuhde =1,5 tai Al(III), moolisuhde = 2 5 Edullisesti hapen ja aktivoidun lietteen (biomas san) konsentraatiota biologisessa käsittelyvaiheessa, se on ilmastussäiliöissä, tulisi kontrolloida, jotta säilytetään niiden suhteellisen pysyvä konsentraatio, ja näiden tasojen tulisi antaa vaihdella vain hyvin pienissä 10 rajoissa, ainakin kun on kyseessä lyhyet ajanjaksot (esimerkiksi tunteja, päiviä).Pitemmällä aikavälillä, hapen ja aktivoidun lietteen tasot voivat lisääntyä tai vähentyä hitaasti jonkin verran vahingoittamatta vakavasti haluttua mikrobiologista aktiivisuutta ilmastussäiliössä olevissa 15 mikro-organismien sekaviljelmissä. Koska happi on olenna-nen biologisen hajotuksen prosessille, nopeat ja suuret vaihtelut happikonsentraatiossa voivat tuhota läsnäolevien mikro-organismien lajivalikoiman halutun koostumuksen. Kuitenkin tietyissä olosuhteissa, se on tapauksessa, jossa 20 toimintamalli käsittää oksisten ja anoksisten olojen vaihtelun biologisessa käsittelyvaiheessa, keksinnön mukainen menetelmä on myöskin käyttökelpoinen.

Toisessa keksinnön mukaisessa sovellutusmuodossa, jäteveden- tai viemäriveden käsittelylaitoksen denitrifi-25 kaatiovaiheen C/N -suhdetta (hiili/typpi), se on nitraat- * ' titypen konversio kaasumaiseksi (ilmakehän) typeksi, voi daan kontrolloida ja/tai optimoida perustuen mikro-organismien sekaviljelmässä olevien NADH:n tai NADPH:n muutosten määrityksiin/mittauksiin, samalla tavoin, kuin yl-30 lä on selitetty keksinnön suoritusmuodossa, jossa fluoresenssiini ttaukset tapahtuvat ilmastussäiliössä. Tässä tapauksessa valo emittoidaan edullisesti aallonpituudella noin 340 nm, ja fluoresenssiemissio osoitetaan aallonpituudella noin 460 nm.

- 97240 36 C/N -suhde on ratkaiseva parametri denitrifikaa-tioprosessissa, ja suhteen ei tulisi olla mielellään alle tietyn arvon, joka täytyy määritellä empiirisesti jätevedenpuhdistamon jokaista todellista denitrifikaatioproses-5 sivaihetta varten. Empiirinen nyrkkisääntö denitrifikaa-tiovaiheen toivotulle C/N -suhteelle on, että tyydyttävän denitrifikaatioprosessin varmistamiseksi, C/N -suhteen tulisi olla mieluiten vähintään 2,5 tapauksessa, jossa metanoli on hiileniähteenä, ja C/N tulisi olla mieluiten 10 vähintään 10 tapauksessa, jossa aktivoitu liete primaa-risaostuksesta on hiileniähteenä.

Jos denitrifikaatioprosessissa on puutetta helposti biologisesti hajoavasta hiiltä sisältävästä materiaalista (vastaa "C":tä C/N -suhteessa), mitattu NFU on suh-15 teellisen alhainen tai laskeva. Sen informaation pohjalta, joka saadaan fluoresenssimäärityksistä, C/N -suhdetta voidaan kontrolloida yllä mainittujen merkityksellisten prosessiparametrien oikeilla säädöillä. Tavallisesti C/N -suhde lisääntyy lisäämällä denitrifikaatioprosessivaihee-20 seen materiaalia, joka käsittää helposti biologisesti hajoavia, hiiltä sisältäviä aineita.

Toisessa suoritusmuodossa tämä keksintö koskee menetelmää biologisesti hajoavan materiaalin määrän kvantitatiiviseksi ja/tai kvalitatiiviseksi arvioimiseksi ve-25 sisysteemissä tai muuntelua mainitussa määrässä, joka menetelmä käsittää fluoresenssiemission määrittämisen yhdestä tai useammasta luonteenomaisesta biogeenisesta fluoroforista, joka pystyy toimimaan mikrobiologisen aktiivisuuden tason indikaattorina (indikaattoreina) ja si-30 ten vesisysteemissä olevan biologisesti hajoavan materiaalin määrän ja/tai laadun indikaattorina, kun sitä (niitä) säteilytetään valolla, joka emittoituu aallonpituudella, joka on edullisesti pitempää kuin 250 nm, erityisesti 250 nm -780 nm, ja mainittua fluoresenssiemissiota 35 osoitetaan edullisesti aallonpituuksilla, jotka ovat pi- « 97240 37 tempiä kuin 250 nm, esimerkiksi 250 nm - 800 nm, ja käytetään mainitun fluoresenssiemission määritettyjä arvoja perustana arvioinnille, luonteenomaisia biogeenisia fluo-roforeja ovat edullisesti tryptofaania ja tyrosiinia si-5 sältävä proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappo johdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, nukleotidit, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit.

Edullisesti luonteenomainen biogeeninen fluorofori 10 on NADH tai NADPH, ja muuntelut biologisen materiaalin laadussa arvioidaan edullisesti yhden tai useamman luonteenomaisen biogeenisen fluoroforin fluoresenssiemission on-line määrityksillä.

Vielä yhdessä suoritusmuodossa tämä keksintö kos-15 kee jäteveden tai viemäriveden puhdistuslaitosta vesiympäristössä olevan biologisesti hajoavan materiaalin biologiseksi käsittelemiseksi ja valinnaisesti mekaaniseksi ja/tai kemialliseksi käsittelemiseksi, laitoksen biologisen käsittelyn osan sisältäessä vähintään yhden sensorin, 20 joka pystyy mittaamaan fluoresenssiemissiota ja/tai sen vaihteluja vähintään yhden luonteenomaisen biogeenisen fluoroforin suhteen, joka on läsnä biologisessa käsittelyosassa, joka käsittää mikro-organismien sekaviljelmän, ja joka laitos käsittää edelleen 25 tietojenkäsittelyvälineistön liitettynä sensoriin, * tietojenkäsittelyvälineistön pystyessä muuntamaan mitatun fluoresenssiemissiosignaalin määritysarvoksi ja vertaamaan tätä määritysarvoa asetusarvoon, ja kontrollivälineistön liitettynä tietojenkäsittely-30 välineistöön, kontrollivälineistön ollessa sopeutettu kontrolloimaan biologisesti hajoavan materiaalin biologista ja valinnaisesti mekaanista ja/tai kemiaalista käsittelyä tietojenkäsittelyvälineistöstä siinä suoritetun vertailun tuloksena saadun signaalin perusteella.

97240 38

Edullisesti jätevedenpuhdistuslaitos käsittää edelleen osan laitoksessa käsittelyyn tulevan biologisesti hajoavan materiaalin laadun ja/tai määrän määrittämiseksi, joka osa käsittää 5 biologisen systeemin, joka käsittää mikro-organis mien sekaviljelmän ja näytteen biologisesti hajoavasta materiaalista, ja vähintään yhden sensorin, joka pystyy mittaamaan fluoresenssiemissiota ja/tai sen vaihteluja vähintään yhdestä biologisessa systeemissä olevasta luon-10 teenomaisesta biogeenisesta fluoroforista.

tietojenkäsittelyvälineistön sensoriin liitettynä, tietojenkäsittelyjärjestelmän ollessa kykenevä muuntamaan mitatun fluoresenssiemissiosignaalin määritysarvoksi ja vertaamaan tätä määritysarvoa aikaisempaan määritysarvoon 15 arviomaan muuntelua biologisesti hajoavan materiaalin määrässä ja/tai laadussa, ja valinnaisesti kontrollivälineistön kytkettynä tietojenkäsittely-välineistöön, kontrollivälineistön pystyessä muokkaamaan biologista ja valinnaisesti mekaanista ja/tai kemiallista 20 biologisesti hajoavan materiaalin käsittelyä biologisesti hajoavan materiaalin määrän ja/tai laadun suhteen tieto-jenkäsittelyvälineistöstä saadun signaalin perusteella siinä tehdyn vertailun tuloksena.

Esimerkiksi kemostaatti saatettuna yhteyteen jäte-25 veden sisääntuloreitin puhdistuslaitokseen kanssa ja joka * toimii keksinnön mukaisesti tarjoaa käyvästi olennaista tietoa jäteveden laadusta biologisesti hajoavan materiaalin tyypin suhteen, se on, onko materiaali helposti hajoavaa biologisesti (lyhyt hiiliketjuista materiaalityyp-30 piä) tai vai vaikeasti biologisesti hajoavaa (keskipi-tuista/pitkää hiiliketjutyyppiä oleva meteriaali).

Määrittelemällä sisääntulevassa jätevedessä tai osassa sisääntulevaa jätevettä olevan biologisesti hajoavan materiaalin laatua ja/tai määrää, esimerkiksi teolli-35 suuden ulostulokanavista tulevassa jätevedessä, ei toivo- 97240 39 tut ja toisinaan tuhoisat mikrobiologisen aktiivisuuden muuntelut jäteveden puhdistuslaitoksen biologisessa käsittelyvaiheessa (-vaiheissa) voidaan tasoittaa suorittamalla välttämätön toimenpide, joka riippuu todellisesta 5 määritetystä laadusta ja/tai määrästä, se on, kontrolloimalla biologiseen käsittelyvaiheeseen (-vaiheisiin) menevän biologisesti hajoavan materiaalin laatua ja/tai määrää. Tämä kontrolli voidaan suorittaa kontrolloimalla yhtä tai useaa prosessiparametriä, kuten on mainittu ja kulo vattu yllä.

Mainittu osa käsiteltävän (puhdistettavan) jäteveden biologisesti hajoavan materiaalin laadun ja/tai määrän määrittämiseksi on sopiva myös havaitsemaan ei toivottuja aineita ja materiaalia sisääntulevassa jätevedes-15 sä, tällaisten aineiden ollessa vahingollisia, haitallisia (tai myrkyllisiä) osana jäteveden puhdistusvaihetta olevan biologisen käsittelyvaiheen erittäin hauraalle mikrobiologiselle tasapainolle. Tällaisten haitallisten tai jopa myrkyllisten aineiden, joita esiintyy usein jä-20 tevedessä, voidaan mainita pinta-aktiiviset aineet, orgaaniset liuottimet ja raskasmetalliyhdisteet tai -kompleksit, joilla kaikilla voi olla rajoittava vaikutus mikrobiologiseen aktiivisuuteen ja jotka vakavissa tapauksissa voivat aiheuttaa mikro-organismien sekaviljelmän 25 kuoleman, tai ainakin niiden sekaviljelmän lajien, jotka yleensä osoittavat toivottua mikrobiologista aktiivisuutta orgaanisen materiaalin ja aineiden hajotuksessa.

Vielä eräässä sovellutusmuodossa tämä keksintö koskee menetelmää vesiympäristössä olevan biologisesti 30 hajoavan materiaalin modifioimiseksi tai hajottamiseksi, joka menetelmä käsittää biologisesti hajoavan materiaalin saattamisen vähintään yhteen biologiseen käsittelyyn ja valinnaisesti yhteen tai useaan erotusprosessiin ja/tai kemialliseen reaktioon jäteveden puhdistamossa tai jäte-35 veden hajotuslaitoksessa, kuten yllä on määritelty.

97240 40

Edullisesti, vaikeasti biologisesti hajoavaa materiaalia modifioidaan lisäämällä tehokas määrä ainetta, joka pystyy muuntamaan tai pilkkomaan vaikeasti biologisesti hajoavan materiaalin materiaaliksi, jonka mikro-5 organismien sekaviljelmä voi helposti assimiloida, aineiden ollessa esim. entsyymi, kuten hydrolyyttinen tai pro-teolyyttinen entsyymi, esim. lipaasi, proteaasi, pepsii-ni, kymotrypsiini, renniini ja amylaasi, tai esteraasi, karboksylaasi, ureaasi, invertaasi tai pepsiini, hapet-10 tava aine, epäorgaaninen katalyytti tai mikro-organismeja, kuten bakteereita tai hiivoja.

Esimerkki 1 NADH:n fluoresenssiemissio jätevedenpuhdistuslai- toksen ilmastustankissa (bioreaktorissa) 15 Täyden mittakaavan testit toteutettiin Keskuspuh distamossa, Holstebron kaupungissa, Tanskassa, perinteisen tyyppisessä jätevedenpuhdistuslaitoksessa, joka käsittää mekaanisen, kemiallisen ja biologisen käsittelyvaiheen. Virtauskaavio on esitetty kuvassa 1. Laitos, jo-20 ka suunniteltiin alunperin 150,000 PE:n kuormitukselle, pystyy käsittelemään yhdyskunta- ja teollisuusjätevedet lähikunnasta. Näiden kokeiden aikana laitos käsitteli jätevettä määrän, joka vastasi noin 225,000 PE.

Pääosa teollisuuden jätevedestä toimitettiin eril-25 lisestä syöttöaukosta (nimetty "länsi") laitokseen. Tämä osa kattoi kokonaismäärästä noin 40 % tilavuudesta ja noin 60 % BODrsta (Biochemical Oxygen Demand).

Veden syöttönopeuden ja biologisesti hajoavan materiaalin (määriteltynä B0D:lla) vaihtelut tunneittain 30 olivat suuret. Päivän kuluessa mainitut syöttötasot saattoivat vaihdella niin paljon kuin kuusinkertaisesti.

Se osa teollisuuden jätevedestä, joka syötettiin erikseen, saatettiin kemialliseen saostukseen lisäämällä hydratoitua kalkkia ja ferrosulfaattia. Tällaisella ke-35 miallisella käsittelyllä vähennetään biologisesti hajoa- • 97240 41 van materiaalin määrää kokonaisvedenpuhdistusprosessin varhaisessa vaiheessa, ja siten edistetään myöhäisempää biologista käsittelyä ilmastussäiliöissä.

Testiajojen tarkoitus oli todistaa, osoittaako 5 NADH-mittaus todella mikro-organismien sekaviljelmän aktiivisuuden tasoa ilmastustankissa, ja onko saostuskemi-kaalien todellisen annostuksen vaihteluilla mitään vaikutusta NADH-mittauksiin ilmastussäiliössä. Edelleen tutkittiin sensorivälineistön todellisen paikan vaikutusta 10 NADH:n fluoresenssiemission mittaukseen ilmastussäiliössä. Saostuskemikaalit lisättiin suoraan jäteveteen vakio-annoksena ennen ensimmäistä saostusta.

Testiajoissa käytettiin fluoresenssisensoriväli-neistöä (FluoroMeasure® System, jota tuottaa BioChemTech-15 nology Inc., US-patentti No. 4,577,110). Tämä erityinen välineistö on suunniteltu laboratoriokäyttöön. Koska välineistöä oli määrä käyttää ulkona, se asetettiin erityisesti suunniteltuun vedenkestävään laatikkoon. Laatikko varustettiin edelleen sopivalla lämmitysyksiköllä varmis-20 tamaan jääntymisen estävät olosuhteet välineistöä varten. Laatikko asetettiin ilmastussäiliöön (vrt kuvat 1 ja 2), ja NADHrn taso samoin kuin sen muutokset mitattiin. Sensorivälineistön anturi asetettiin sellaiselle alueelle ilmastussäiliössä, jossa sisääntuleva jätevesi ja akti-25 voitu liete ovat täysin sekoittuneet ja jossa biologinen hajotus täten tapahtuu. Testiajojen aikana mitkään virheet eivät ole häirinneet mittauksia. Testiajänjaksona ainoa sensorivälineistön huoltotoimenpide on ollut anturin ajoittainen puhdistus.

- 97240 42 Käyttötiedot olivat seuraavat:

Kokonaissisääntulo: noin 25,000 m3/päivä (vrt. kuva 3) noin 12,000 kg/vrk BOD (biologisesti hajoava ma- 5 teriaali il maistuna biokemiallisena hapentarpeena ) 10 noin 10,000 kg/vrk SS (suspen- doituneet kiinteät aineet) noin 350 kg/vrk P (fosfori) 15 noin 1,200 kg/vrk N (typpi)

Erillinen sisääntulo teollisuudesta noin 10,000 m3/vrk

Hydratoitua kalkkia (hakijan, Aktieselskabet Faxe 20 Kalkbrud, Tanska) lisättiin jäteveteen ennen höyty-saostusta annoksena, joka piti pH:n 8:ssa (asetusarvo) jätevedessä.

Höytysaostussäiliöissä olevaan jäteveteen lisättiin ferrosulfaattia (hakijan, Aktieselskabet Faxe 25 Kalkbrud, Tanska) keskimääräisenä annoksena, joka vastasi noin 75 kg ferrosulfaattia/tunti.

Hapen ja vastaavasti suspendoituneiden kiinteiden aineiden tasot pidettiin ilmastussäiliöissä (bioreakto-reissa) vakioina tavanomaisin välinein.

30 Yhteensä 22 testiajoa toteutettiin helmikuun puo lestavälistä, 1988 huhtikuun loppuun mennessä, 1988. Kunkin testin kestoaika on esitetty taulukossa II, ja tulokset merkittiin muistiin näinä aikaväleinä.

* 5 43 97240

Ajo Alkamis- Ajon kesto Keskimääräinen jäteveden no. päivä tunteja virtaus (1000 cbm/vrk) 1.vrk 2.vrk 3.vrk 4.vrk 1 B80225 26 27?6 2 880226 45 27,4 30,3 25,1 3 880229 24 29,8 4 880302 36 27,6 32.8 10 ’ 5 880304 54 30,2' 23,7 25,0 6 880307 36 27,2 24,3 7 880310 2 28,8 8 880315 32 24.2 41,9 9 880317 100 27.7 26,0 27.1 24,5 15 ’ ' 1 10 880322 55 26.5 26.6 » / 11 880324 5 34,1 12 880329 92 32,0 30,7 25,7 23,7 13 880402 48 22,9 22,2 14 880406 18 26,7 20 15 880407 4 26,7 16 880407 21 26,7 17 880408 100 27,5 22.7 26.5 25,4 7 i f i 18 880413 100 24,3 24,0 26,0 24,7 25 19 880418 79 23,3 27,5 24,6 20 880421 9 28,2 21 880422 4 23,3 22 880425 46 22,7 23,1 97240 44

Jokaisessa testiajossa valoa emittoitiin fluore-senssisensorivälineistöstä aallonpituudella 340 nm ja fluoresenssiemissio NADH:n läsnäolon johdosta mitattiin aallonpituudella 460 nm. Fluoresenssiemissio merkittiin 5 muistiin NFUrina (Normalised Fluorescence Units).

Sensorivälineistö oli liitännän välityksellä yhdistettynä IBM mikrotietokoneeseen, joka sisälsi softwaren, joka pystyi keräämään tietoa samoin kuin luomaan graafisia esityksiä tästä tiedosta ajan funktiona.

10 Muutokset NFUrssa merkittiin kaikissa testiajoissa muistiin.

Graafisiin esityksiin perustuen, jotka esittivät NADH:n fluoresenssiemission ajan funktiona, luettiin se aika vuorokaudesta, jolloin merkittiin maksimi- ja vas-15 taavasti minimiarvot, jotta luotiin kuva muutoksista bio logisesti hajoavan materiaalin kuormituksesta jäteveden sisäänvirtauksessa.

Testiajot no. 1-6 olivat esitestiajoja, joiden tarkoituksena oli ennakolta osoittaa mahdollisuus käyttää 20 mainittua sensorivälineistöä jätevedenpuhdistamoympäris- tössä. Testiajot osoittautuivat menestyksellisiksi: vä lineistö mittasi muutoksia NADH:n fluoresenssiemissiossa, ja päivittäiseksi muunteluksi mitattiin 20-35 %.

Testiajossa no. 7 sensorivälineistö asetettiin 25 kolmeen eri paikkaan ilmastussäiliössä. Muutokset mita tuissa arvoissa olivat vähemmän kuin 10 %, mikä osoittaa suhteellisen yhtenevää mittausta ilmastussäiliössä.

Testiajojen 8-17 tarkoitus oli kerätä lisää mittauksia NADH:n fluoresenssiemissiosta normaali- (muunte-30 levissä) oloissa laitoksessa, jotta kyettäisiin ver taamaan näitä tietoja muun laitoksen toimintatiedon kanssa. Tämä vertailu todisti, että fluoresenssiemissiomit-taukset todellisuudessa heijastivat ilmastussäiliössä kunakin aikana olevien mikro-organismien aktiivisuutta. 35 Edelleen, päivittäisiä ja viikoittaisia muutoksia kuormi- * t 97240 45 tuksessa biologisesti hajoavalla materiaalilla tutkittiin mitausten tuloksena: normaalisti NFU: n minimiarvoja (runsas biologisesti hajoavan materiaalin kuormitus) mitataan myöhään iltapäivällä ja NFU:n maksimiarvoja mitataan myö-5 hään yöllä tai aikaisin aamulla (vähäinen biologisesti hajoavan materiaalin kuormitus); ja viikolla kuormitus on huomattavasti suurempi kuin viikonloppuisin.

Testiajoissa no. 18 ja 19, höytysaostussäiliössä olevaan jäteveteen ennen primaarista saostusta lisätyn 10 ferrosulfaatin määrä kaksinkertaistettiin noin 75 kg:sta ferrosulfaattia/tunti noin 150 kg:aan ferrosulfaattia/-tunti 24-28 tunnin ajanjakson ajan, sen jälkeen kun kukin ajo oli aloitettu. Kuviot 4 (ajo 18) ja 5 (ajo 19) esittävät mitatun fluoresenssiemissio (NFU:ina) ajan funktio-15 na. Kuvista voidaan nähdä, että jäteveteen lisätyn ferrosulfaatin määrän kaksinkertaistaminen johtaa paljon pienempään NFU: n vähenemiseen keskipäivällä verrattuna edellisiin ja vastaavasti seuraaviin päiviin. Lisääntynyt saostus näyttää johtaneen vähenemiseen kuormituksessa 20 biologiseen vaiheeseen, koska NADH:n fluoresenssiemission mitatut arvot ilmastussäiliössä todellisuudessa lisääntyivät. Tämä vaikutus on hyvin mielenkiintoinen, sillä sen seurauksena on mahdollista kontrolloida biologista systeemiä ja siten saada tasaisempi biologisesti hajoavan 25 materiaalin kuormitus ja tehokkaampi jätevedenpuhdistus.

‘ Kaikkien testiajojen tuloksista voidaan nähdä, et tä päivittäinen mitattu maksimiarvo NFU:ina on 57-90 NFU, ja että päivittäinen NFU:n minimiarvo on 15-80 NFU. On ilmeistä, että NFU:n minimiarvoissa on suurta muuntelua.

30 Suuret erot minimi- ja maksimiarvoissa kuvaavat läsnäolevien mikro-organismien aktiivisuuden tasoa, ja siten ero luonnehtii biomassan kapasiteettiä. Minimiarvot riippuvat ilmastetun biologisen prosessin kuormituksesta biologisesti hajoavalla materiaalilla. Ne minimiarvoista, 35 jotka ovat suhteellisesti alhaisemmat, on mitattu viikon 97240 46 ensimmäisinä työpäivinä. Yleensä voidaan havaita, että näillä minimiarvoilla on taipumus kasvaa viikon kuluessa.

NADH:n fluoresenssiemissiomittaukset ovat täydellisessä sopusoinnussa mainitussa suhteessa jätevedenpuh-5 distamon NADH:n ja kuormituksen biologisella materiaalilla välillä.

Testin tulokset osoittavat, että on mahdollista valvoa muutoksia kuormituksessa mittaamalla on-line muutoksia NADH:n määrässä ilmastussäiliössä. Todellisissa 10 toimintaolosuhteissa on osoitettu, että NADH:n mittauksella on käänteinen verrannollisuus todellisen biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksen kanssa. Saostuksen taso tulevassa jätevedessä voidaan arvioida tällaisen NADH:n määrän ja sen muutosten mittauksen perusteella, 15 tällaisen mittauksen tarjotessa on-line informaatiota meneillään olevien mikrobiologisten prosessien tilasta. Esimerkki 2

Biologisten käsittelyvaiheiden biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksen kontrolli jäteveden 20 puhdistamossa

Tutkimuksen tarkoitus oli todistaa, että on mahdollista kontrolloida biologisten käsittelyvaiheiden biologisesti hajoavan materiaalin kuormitusta jätevedenpuh-distuslaitoksessa keksinnön mukaisella menetelmällä kont-. 25 rolloimalla saostuskemikaalien lisäystä.

* Marras- ja joulukuussa 1988 toteutettiin täyden mittakaavan testiajot samassa laitoksessa ja pääasiassa samalla tavalla kuin esimerkin 1 testiajot: laatikko, joka sisälsi fluoresenssisensorivälineistön asetettiin il-30 mastussäiliöön ja NADH:n fluoresenssiemissio mitattiin.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaisesti voidaan jätevedenpuhdistamon kuormitusta biologisesti hajoavalla materiaalilla tarkkailla on-line mittaamalla NADH:n fluo-resenssiemissiota on-line.

97240 47

On myöskin mahdollista vähentää biologisten käsittelyvaiheiden, se on ilmastussäiliöiden biologisesti hajoavan materiaalin kuormitusta (kuormitusta biologisesti hajoavalla materiaalilla) erityisesti biologisesti hajo-5 avan materiaalin kolloidipartikkelien saostuksella.

Siten, yllä mainittujen suhteiden perusteella lisättiin saostuskemikaaleja jäteveteen laitoksessa kuvassa 6 esitetyn prosessin kontrollikaavion mukaisesti. Hyd-ratoitua kalkkia lisättiin sisääntulevaan jäteveteen en-10 nen höytysaostusta ja ferrosulfaattia lisättiin jäteveteen höytysaostussäiliössä 1.

Toimintatiedot:

Kontrolloija oli ohjelmoitava kotrollisysteemi (SATT kontrolliyksikkö (Satt Con 05-35) Satt Control 15 AB:sta Ruotsista).

Muu välineistö (laite pH-mittausta varten, virtausmittari jne, pumppujärjestelmä ym. ) oli välineistöä, jota käytetään yleensä jätevedenpuhdistamoissa.

Kokonaisjäteveden sisääntulon ja erillisen teolli-20 suuden jäteveden sisääntulon määrä, samoin kuin koos tumus , pH ja lisätyn ferrosulfaatin määrä olivat samat kuin esimerkissä 1.

Ferrosulfaatin annosmäärä ja hydratoidun kalkin 25 annosmäärä olivat kontrolloitavia muuttujia kuvan 6 mu kaisessa automaatiojärjestelmässä; hydratoidun kalkin annosmäärää kontrolloitiin sisääntulovirtauksen ja sen pH:n perusteella mitattuina muuttujina, ja ferrosulfaatin annosmäärää kontrolloitiin sisääntulovirtauksen ja NADH-30 fluoresenssiemission perusteella mitattavina muuttujina jälkimmäisen annosmäärän asetusarvon ollessa määritetty aiemman tiedon perusteella laitoksen "tavallisesta" biologisen materiaalin kuormituksesta (vrt. esimerkin 1 ja kuvan 11 tulokset), se on asetusarvo muuttuu ajan ennalta 35 asetettuna funktiona.

97240 48

Vertailutarkoituksiin, kuvat 7 ja 8 esittävät erillisiä teollisuuden jäteveden sisääntulovirtauksia (vrt esimerkki 1) laitokseen 90 tunnin ajan (noin 4 päivää) kunakin ajanjaksona maaliskuu-huhtikuu, 1988 ja vastaavas-5 ti marraskuu-joulukuu, 1988. Kullekin yllä mainituista ajanjaksoista on kuvattu NADH:n mitatut fluoresenssiemis-siot (NFU) ilmastussäiliössä ajan funktiona (tunteja) kuvassa 9. Siten kuva 9 esittää vertailun fluoresenssi-emissiomittauksista ilman kontrolloitua biologisesti 10 hajoavan materiaalin saostusta ja sen kanssa (BOD) ennen biologista käsittelyä. NADH-fluoresenssiemissiomittauksien perusteella on ilmeistä, että tämän keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää tasoittamaan biologisten käsittelyvaiheiden kuormitusta biologisesti hajoavalla materi-15 aalilla, jotta saavutetaan suhteellisen yhtenäinen kuormitus läpi koko vuorokauden. Tulisi kuitenkin huomata, että kuva 9 esittää vain likimääräisen, ihanteellisen tilanteen; tilanteet "ilman" kontrolloitua saostusta ja "sen kanssa" tulee käsittää rajatilanteiksi, koska on miltei 20 mahdotonta käytännössä varmistaa biologisesti hajoavan materiaalin muuttumatonta sisääntulotasoa.

Siten kontrolloitu primaarisaostus on mitä arvokkain biologisten jätevedenouhdistamoiden käsittelyvaiheiden kuormituksen kontrolloimiseksi (ilmastussäiliöt, bio-25 reaktorit).

Lietettyä materiaalia primaarisesta saostussäi- liöstä, se on seostettua biologisesti hajoavaa materiaalia, voidaan käyttää lähteenä biokaasujen anaerobiselle tuotolle. Kontrolloitu primaarisaostus tarjoaa lisäyksen 30 saostuneen biologisesti hajoavan materiaalin määrään sa moin kuin laatuun, ja on suuri etu anaerobiselle biokaasujen tuotolle, että saostunut biologisesti hajoava materiaali on hyvänlaatuista, se on, että biologisesti hajoava materiaali on sellaista, että materiaalin biologisen 97240 49 hajotuksen prosessi on pitkäkestoinen verrattuna muihin biologisesti hajoavan materiaalin tyyppeihin.

Esimerkki 3 Jäteveden puhdistamon todellisen kuormituksen bio-5 logisesti hajoavalla materiaalilla vertailu mitat tuun NADH:n fluoresenssiemissioon Tämän kokeen tarkoitus oli osoittaa suhde jätevedenpuhdistamon biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksen ja NADH:n fluoresenssiemission välillä jätevedes-10 tä.

Koe toteutettiin samassa laitoksessa ja samoissa olosuhteissa kuin esimerkissä 1. NADH:n fluoresenssiemis-sio (NFU:ina) mitattiin ilmastussäiliöstä. Jäteveden si-sääntulovirtauksen näytteet analysoitiin BOD5-määrän suh-15 teen (biologinen hapentarve, 5 vrk), ja tuloksia analyy seistä ja mittauksia vertailtiin.

Kuva 10 esittää BOD5-analyysin tulosten ja vastaavien fluoresenssiemissiomittausten tulosten vertailun ajan funktiona. Lisäys biologisesti hajoavan materiaalin kuor-20 mituksessa johtaa NADH:n fluoresenssiemission vähenemiseen mikro-organismien sekaviljelmässä (biomassa, aktivoitu liete), joka on läsnä jätevedessä. Kun biologisesti hajoavan materiaalin kuormitus vähenee, fluoresenssiemission taso palautuu alkutasolle.

25 Tunnittaiset muutokset biologisesti hajoavan mate riaalin kuormituksessa johtuvat teollisuuden jätevedestä (joka sisältää suhteellisen suuret konsentraatiot biologisesti hajoavaa materiaalia), joka käsitellään laitoksessa. Kuva 11 esittää tulokset jätevesinäytteiden B0Ds-30 analyyseistä sisääntulovirtauksesta. Käyrät osoittavat muutoksia biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksessa vuorokauden aikana viiden vuorokauden ajanjaksona. Voidaan havaita, että biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksessa on vain pieniä muutoksia viikonloppujen 35 aikana, kun taas muutokset muiden viikonpäivien aikana • · « 97240 50 ovat toistensa kaltaiset. Tällaiset muutokset biologisesti hajoavan materiaalin kuormituksessa ovat tyypillisiä jätevedenpuhdistuslaitoksille, jotka käsittelevät yhdyskuntajätevettä samoin kuin teollisuuden jätevettä, joka 5 sisältää suuria määriä biologisesti hajoavaa materiaalia.

Edelleen on oletettavaa, että on mahdollista valvoa jätevedenpuhdistamon biologisesti hajoavan materiaalin kuormitusta mittaamalla yhden tai usean fluoroforin fluoresenssiemissiota, esimerkiksi tryptofaania ja tyro-10 siinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nuk-leosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit, laitokseen tulevasta jä-15 tevedestä, se on asettamalla fluoresenssisensorivälineis-tön anturi jäteveden sisääntulovirtaan. Tarkkailemalla sisääntulevaa jätevettä keksinnön mukaisella menetelmällä, on odotettavaa, että on mahdollista kerätä tietoa esim. orgaanisten ja/tai epäorgaanisten aineiden todelli-20 sesta määrästä sisääntulevassa jätevedessä. Tällainen tieto on mitä arvokkainta, ja sitä voidaan käyttää perustana jätevedenpuhdistamon prosessin kontrolloimiselle, erityisesti kemiallisten reaktioiden ja/tai biologisen prosessin vaiheiden kontrolloimiselle. Tätä tarkoitusta . 25 varten on sopivaa mitata usean fluoroforin fluoresenssi- ‘ emissiota, erityisesti fluoroforien, jotka on valittu yl lä mainitusta fluoroforien joukosta.

Esimerkki 4

Primaarisaostusprosessin prosessikontrollointi jä-30 tevedenpuhdistamossa

Kuten esimerkin 3 tuloksista voidaan nähdä, on mahdollista saada on-line kvantitatiivista informaatiota, joka koskee biologisesti hajoavan materiaalin määrää jätevedenpuhdistamoon tulevassa jätevedessä mittaamalla 35 NADH:n fluoresenssiemissiota sisääntulovirrasta, esimer- 97240 51 kiksi biologiseen käsittelyvaiheeseen tulevasta sisääntu-lovirrasta, keksinnön mukaisella menetelmällä.

Siten on odotettavaa, että on mahdollista kontrolloida sisääntulevan jäteveden esikäsittelyä, esimerkiksi 5 erityisesti biologisesti hajoavan materiaalin kolloidi- partikkelien kemiallista saostusta, jotta varmistetaan biologisissa käsittelyvaiheissa tapahtuvien biologisten prosessien optimikuormitus biologisesti hajoavalla materiaalilla. Tämä johtaa puhdistetun veden parhaaseen mah-10 dolliseen laatuun lopullisessa ulostulovirrassa.

Esikäsittelyn kontrolli voi esimerkiksi tapahtua kontrolloimalla kemiallista saostusta, se on jäteveteen lisättyjen saostuskemikaalien annosmäärää, on-line informaation perusteella sisääntulevan jäteveden biologisesti 15 hajoavan materiaalin konsentraatiosta.

Esimerkki 5

Kierrätetyn lietteen prosessikontrolli ja ylimää- räliete jätevedenpuhdistamossa Käyttämällä keksinnön mukaista menetelmää on mah-20 dollista tarkkailla NADH:n fluoresenssiemissiota konsentroidussa lietteessä. Tällainen konsentroitu liete on il-mastussäiliöiden (biologisen käsittelyvaiheen bioreakto-rit) ulostulovirrassa jätevedenpuhdistamossa, joka käsittää biologiset käsittelyvaiheet (vrt. kuva 1). Tällainen 25 tarkkailu antaa on-line -informaatiota lietteen aktiivisuuden tasosta, se on läsnä olevista mikro-organismeista.

Tähän tarkkailuun perustuen on mahdollista kontrolloida kierrätetyn aktivoidun lietteen virtausta, ja ylimäärälietteen ulostuloa (virtausta), jotta varmis-30 tetaan, että ilmastussäiliöt (bioreaktorit) minä tahansa ajankohtana sisältävät sellaisen määrän aktivoitua lietettä, joka on sopiva optimaaliselle biologiselle käsittelylle.

97240 52

Esimerkki 6

Ulostulovirran (-virtojen) tarkkailu jätevedenpuhdistamosta

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää 5 tarkkailemaan lopullista ulostulovirtaa (-virtoja) (puhdistetun veden virtaa (-virtoja)) jätevedenpuhdistamoista, erityisesti tarkkailemaan mikro-organismien ja biologisesti hajoavan materiaalin, joita väistämättä on laitoksen sisääntulovirrassa, riittävää poistamista. Sisään-10 tulevassa jätevedessä olevien mikro-organismien joukossa on myöskin patogeenisiä mikro-organismeja ja muita mikro-organismeja, jotka yleensä indikoivat patogeenisten mikro-organismien läsnäoloa. Esimerkiksi E. coli voi toimia indikaattorina patogeenisten mikro-organismien läsnä-15 ololle.

Asettamalla fluoresenssisensorivälineistön anturi, esimerkiksi kuten esimerkissä 1 on kuvattu, laitoksesta tulevaan lopullisen ulosvirtaumaan, on mahdollista tarjota fluoresenssiemission on-line mittaus yhdestä tai 20 useammasta fluoroforista, kuten tryptofaania ja tyrosii-nia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosi-dit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, 25 steroidit ja vitamiinit. Tällainen mittaus pystyy tar joamaan informaatiota elävien mikro-organismien, solujen, hajonneiden solujen, solujen tuotannon sivutuotteiden, ynnä muun määrästä lopullisessa ulostulovirtauksessa. On edullista, että tällaisen materiaalin määrä lopullisessa 30 ulosvirtauksessa on niin vähäinen kuin mahdollista, erityisesti, ettei siinä ole patogeenisiä mikro-organismeja.

On ilmeistä, että asettamalla fluoresenssisensori-välineistön anturi, kuten yllä on kuvattu, on mahdollista kerätä informaatiota biologisesti hajoavan materiaalin 35 määrästä, fosforia sisältävän materiaalin määrästä ynnä 97240 53 muusta lopullisessa ulostulovirrassa. Tällainen informaatio voi olla tähdellistä tarkkailtaessa jätevedenpuhdis-tusprosessin kokonaistehokkuutta.

Yllä kuvatunlaisella valvonnalla voidaan seurata 5 sekundaarisen saostuksen prosessia tarkasti: on mahdollista arvioida, eteneekö suspendoituneiden kiinteäainei-den ja lietteen (biomassan) saostuminen tyydyttävästi. Tämän informaation pohjalta voidaan kontrolloida lietteen kierrätyksen määrää sekundaarisesta saostuksesta, samoin 10 kuin sisäänvirtausta siihen.

Esimerkki 7

Vastaanottajien kontrollointi

On odotettua, että on mahdollista asettaa yhden tai useamman fluoroforin, kuten tryptofaania ja tyrosiinia 15 sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältä vät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappo johdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit, fluoresenssiemissiota mittaamaan 20 kykenevä fluoresenssisensorivälineistö mittauspoijuun, valinnaisesti yhdessä muun välineistön kanssa, joka pystyy seuraamaan esimerkiksi lämpötilaa, pH:ta, suolapitoisuutta, happikonsentraatiota ynnä muuta.

Poiju voidaan asettaa vastaanottajaan, kuten me-25 ret, järvet, joet ja muut vesitiet. Siten voi olla mah- • dollista seurata mahdollista mikrobiologista aktiivisuut ta vesissä poijun lähelä, esimerkiksi levien kasvua.

Mittaamalla yhden tai useamman fluoroforin fluoresenssiemissiota, kuten tryptofaania ja tyrosiinia si-30 sältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappo johdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit, keksinnön mukaisella menetelmällä, 97240 54 voidaan tarjota informaatiota esimerkiksi solutiheydestä ja kasvuolosuhteista vesissä.

Esimerkki 8

Biosuodatusvaiheen tarkkailu vesijohtoveden esikä-5 sittelyssä

On usein välttämättömyys esikäsitellä vesi, joka tulee käytettäväksi vesijohtovetenä koska tällaisessa vedessä on usein ei-toivottuja määriä mikrobiologista aktiivisuutta.

10 Tällainen käsittely voi esimerkiksi sisältää seu- raavat vaiheet ja/tai välineistön: hiekkakerääjän, kaska- din, sedimentaatioaltaan, suodatusaltaan, höytysaostuk-sen, hiekkasuodattimen, aktiivihiilisuodattimen, suih-kutuskaivon, suodatuskammion, uuttokaivon, ilmastuksen, 15 sekoittamisen jauhetun hiilen kanssa, nopean suodatuksen, toisen ilmastuksen, huuhteluveden keräysaltaan, hidas-hiekkasuotimen ja lietteen kuivatuksen.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan voidaan mikrobiologista aktiivisuutta vedessä seurata asettamalla 20 fluoresenssisensorivälineistö esimerkiksi mihin tahansa ilmastusvaiheista, ja siten on mahdollista kerätä informaatiota biologisesti hajoavan materiaalin todellisesta poistumisesta vedestä.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan voidaan lo-25 pullisen ulosvirtauksen, se on juotavan veden, laatua seurata on-line mittaamalla yhden tai useamman fluorofo-rin fluoresenssiemissiota, kuten tryptofaania ja tyrosii-nia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät 30 aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosi- dit, nukleotidit, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit, vesijohtoveden ulosvirtauksesta vedenkäsittelyjärjestelmästä.

55 97240

Esimerkki 9

Biopesulaitteen prosessikontroili tai kaasuabsorp- tioprosessi

Biopesulaitteisto pystyy poistamaan kiinteää mate-5 riaalia, erityisesti pölyn ja sumun muodossa olevaa, kaasusta märkäkeräyksellä, se on, lisäämällä tai kierrättämällä nestettä, joka pystyy auttamaan keräysprosessissa, nesteen käsittäessä aktivoitua lietettä. Biopesulaitteita voidaan käyttää tarkoituksiin, kuten savukaasujen puhdis-10 tukseen.

Mikrobiologisen aktiivisuuden seuraamiseksi keksinnön mukaisella menetelmällä, fluoresenssisensorilait-teiston anturi asetetaan aktivoidun lietteen säiliöön.

Kaasuabsorptiovälineistö antaa käyttöön nesteen, 15 joka pystyy absorboimaan kaasuseoksen yhtä tai useampaa liukoista komponenttia. Kuten biopesulaitteita, kaasuab- sorptiovälineistöä voidaan käyttää liitettynä välineistön osana tarkoituksiin, kuten savukaasujen puhdistus, esimerkiksi energialaitoksista peräisin olevien savukaasujen 20 puhdistus. Tällaisella kaasuabsorptiovälineistöllä voi olla biopasulaitetta vastaava rakenne, se on, neste, jota käytetään kaasujen absorptioon, sisältää edullisesti aktivoitua lietettä, aktividun lietteen kyetessä hajottamaan ainakin joitakin kaasuseoksen aineista, jotka absor-25 hoituvat nesteeseen. On odotettavaa, että mikrobiologisen * aktiivisuuden tason seuraaminen menetelmän mukaisesti, voidaan toteuttaa samalla tavalla kuin yllä on kuvattu biopesulaitteille.

On täten oletettavaa, että yhden tai useamman 30 fluoroforin fluoresenssiemissio, kuten tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyro-siinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidii-nit, nukleosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, 35 nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit ja niiden muun- i 56 97240 nelmat, voidaan mitata niin, että annetaan on-line informaatiota, jota voidaan käyttää perustana prosessiparamet-rien kontrolloimiselle, kuten kaasuvirtaus, ylimääräiset-teen ulosvirtaus ja kierrätyksen taso.

5 Esimerkki 10

Lietteenkuivausvaiheen seuranta jätevedenpuhdistamossa

Biologisen käsittelyvaiheen käsittävä jätevedenpuhdistamo sisältää tyypillisesti lietteenkuivausvaiheen 10 (vrt kuva 1). Tällaisen lietteenkuivausvaiheen tarkoitus on tarjota lietettä, josta vesi on poistettu, ja jossa on suuri määrä kuiva-ainetta, ja erottaa kuivattu liete poistovedestä.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan on mahdollis-15 ta seurata lietteenkuivausprosessia asettamalla fluore-senssisensorivälineistön anturi poistoveden ulosvirtaukseen. Siten on mahdollista mitata yhden tai useamman fluoroforin fluoresenssiemissiota, kuten tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyro-20 siinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidii-nit, nukleosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, steroidit ja vitamiinit.

Tällaisten on-line mittausten perusteella voidaan . 25 arvioida, eteneekö lietteenkuivausprosessi tyydyttävästi, se on, optimitasolla, sillä yhden tai useamman fluoroforin lisääntynyt fluoresenssiemissio, kuten tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät proteiinit, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävät peptidit, tryptofaania ja tyrosiinia sisäl-30 tävät aminohappojohdannaiset, puriinit, pyrimidiinit, nukleosidit, nukleotidit, kuten NADH ja NAD(P)H, nukleiinihapot, steroidit ja vastaavasti vitamiinit, indikoi lisääntynyttä läpivirtaavaa mikro-organismien ja proteiinien määrää (liete, biomassa).

4 97240 57

Esimerkki 11 NADH:n fluoresenssiemissio kontrolloidussa fermen-taatioprosessissa - vastine fermentaatiojärjestelinään injektoidulle glukoosisykäykselle 5 Suoritettiin koe nälässä pidetyllä hiivavil- jelmällä reaktorissa, todistamaan yllä esitetty teoria, nimittäin että NADH:n suhteellisen määrän väheneminen indikoi, että biologisella materiaalilla on vähentynyt biologinen hajoavuus, kun taas NADH:n suhteellisen määrän 10 lisääntyminen heijastaa lisääntynyttä biologista hajoa- vuutta.

Olosuhteet olivat seuraavat:

Mikro-organismi:

Hiiva (DGI 342 De Danske Spritfabrikker A/S:sta, Kööpen-15 hamina, Tanska (leivinhiiva); Saccharomyces cerevisiae -kanta)

Fermentori: 1 litran fermenttori erityisessä terässäiliössä, joka käsitti sekoittajan, pH:n kontrollivälineen, hapenmääritys-20 välineen (Ingold), lämpötilanmääritysvälineen (PR2202

PtlOO-sensorilla) ja ulkoa kontrolloitavan pumpun substraatti: Egli1:n mukainen standardi, perustuu 1 % W/W glukoosiin rajoittavana substraattina (10 g/1 glukoosia). Fermentaatio:

25 Lämpötila: 25°C

pH: 4 D: 0,1 t'1 (laimennustaso) tilavuus: 700 ml Analyysit: OD:

30 CTS

glukoosi (Yellow Springs Analyzer)

Egli, Thomas: Wachstum von Methanol assimilierenden Hefen. PhD Thesis. ΕΤΗ. 1980.

97240 58

Kemostaatti toimii yllä kuvattujen olosuhteiden mukaan. Substraatilla, jota syötetään jatkuvasti ferment-toriin, on mikro-organismien nälkiintymistä aiheuttava konsentraatio. 48 tunnin toimintajakson jälkeen injektoi-5 daan 1,4 g glukoosisykäys fermenttoriin.

Kuva 12 esittää vastaavat NFU-, pH ja happimäärän mittaukset (prosentteina) fenmenttorissa aikana +40 tunnista +75 tuntiin.

Kuvasta voidaan havaita, että NFU-mittaus lisään-10 tyy hetkellisesti glukoosi-injektion seurauksena noin 270 NFUista noin 320 NFU:iin. Tämä tulos osoittaa helposti biologisesti hajotettavan hiilenlähteen lisäämisen vaikutusta (tässä tapauksessa käytetään glukoosia) NADH-fluo-resenssimittaukseen: huomattava nousu mitatussa NFU-ar- 15 vossa. Maksimiarvosta (huippu) mitattu NFU-signaali vähenee noin kolmen tunnin aikana, ja samanaikaisesti tapahtuu happipitoisuuden väheneminen; tämä johtuu NADH:na saatavissa olevan energian siirrosta muiksi energiamuodoiksi, jotka ovat sopivampia vallitsevissa oloissa.

20 Pienemmät huiput (mitattu NFU), jotka ilmenevät 52 ja vastaavasti 54 tunnin kohdalla, voidaan lukea hajotus-tuotteiden tiliin, ja ne kuvataan kirjallisuudessa. 1

Claims (20)

1. 97240 59
2. 1. Menetelmä jäteveden puhdistusprosessin kontrolloimiseksi ja/tai optimoimiseksi, jolloin biologisesti 5 hajoavaa materiaalia sisältävä vesisysteemi saatetaan mikro-organismien sekaviljelmän suorittaman biologisen hajotuksen kohteeksi niin, että saadaan lopputuotteena puhdistettua vettä, jossa biologisesti hajoavan materiaalin konsentraatio on vähintään 5 kertaa pienempi kuin ve-10 sisysteemissä, tunnettu siitä, että tarkkaillaan mikrobiologista aktiivisuutta biologisessa systeemissä, joka muodostuu mikro-organismien sekaviljelmästä, joka hajottaa biologisesti hajoavaa materiaalia, ja/tai aktiivisuuden vaihteluja fluoresenssiemission ja/tai sen vaih-15 telujen mittauksilla on-line, luonteenomaisella biogeeni-sella fluoroforilla, joka on läsnä mikro-organismien seka-viljelmässä viritettävässä systeemissä, ja kontrolloidaan prosessin yhtä tai useampaa parametriä käyttämällä tuloksia mittauksesta mitattuna muuttujana 20 tai muuttujina on-line automaatiosysteemissä.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesisysteemi on aerobinen tai anaerobinen systeemi, jossa vesi on pääasiallisena aineosana .
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesisysteemi kuuluu joukkoon, joka käsittää yhdyskuntajäteveden, teollisuuden jäteveden ja saastuneen meriveden.
5. 4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että mikro-organismien sekavil- jelmä on aktivoitua lietettä.
6. 5. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fluorofori valitaan joukosta, joka koostuu tryptofaania ja tyrosiinia 35 sisältävistä proteiineista, tryptofaania ja tyrosiinia si- 60 97240 sältävistä peptideistä, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävistä aminohappojohdannaisista, puriineista, pyrimidii-neistä, nukleosideista, nukleotideista, nukleiinihapoista, steroideista ja vitamiineista.
7. 6. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-5 mu kainen menetelmä, tunnettu siitä, että viritys tehdään valolla, joka emittoidaan aallonpituudella, joka on alueella 250 - 780 nm, ja fluoresenssiemissio osoitetaan aallonpituudella 280 - 800 nm.
8. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että fluoresenssiemissiota osoitetaan aallonpituudella, joka vastaa huippua fluoresenssi-spektrissä.
9. 8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että fluorofori on nikotiiniami-diadeniinidinukleotidi, kuten NADH tai NADPH.
10. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viritys tehdään valolla, jonka aallonpituus on noin 340 nm, ja fluoresenssiemissio 20 osoitetaan aallonpituudella noin 460 nm.
11. 10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhtä tai useampaa parametriä jäteveden puhdistamisprosessissa kontrolloidaan suuntaan, jossa biologisesti hajoavan materiaalin määrä vähenee ve- 25 sisysteemissä, kun havaitaan vähentynyttä fluoresenssiemi-ssiota, ja kontrolloidaan suuntaan, jossa osoitetaan lisääntynyt biologisesti hajoavan materiaalin määrä, kun havaitaan lisääntynyt fluoresenssiemissio.
12. 11. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-10 mu- 30 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessin parametrit valitaan joukosta, joka koostuu biologisesti hajoavan materiaalin panostuksesta, happikonsentraatiosta, pH:sta, lämpötilasta, sameudesta, seostavien kemikaalien annosmäärästä, hajotusta edistävien aineiden annosmääräs- 35 tä, kierrätettävän aktivoidun lietteen määrästä, sisään- « 97240 61 virtauksen määrästä, ulosvirtauksen määrästä, sekoituksen määrästä, hapen annosmäärästä, ilman (ilmastuksen) annos-määrästä ja aktivoidun lietteen kokonaismäärästä systeemissä.
13. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hajotusta edistävät aineet valitaan entsyymeistä, hapettavista aineista, epäorgaanisista katalyyteistä ja mikro-organismeista.
14. 13. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-12 mu-10 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää edelleen saostus- tai höytysaostuskemikaalien lisäämisen systeemiin ennen hajotusta.
15. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kemikaali(t) valitaan joukos- 15 ta, joka koostuu kalkista, hydratoidusta kalkista ja di-tai trivalenttisten metallien suoloista, kuten ferriklori-dista, ferrisulfaatista, ferrosulfaatista, alumiinisulfaa-tista, natriumaluminaatista, alumiinikloridista, magne-siumkarbonaattihydroksidista, kalsiumkarbonaatista ja kal-20 siumhydroksidista, aktivoiduista silikaateista, guarku- meista, tärkkelyksistä, tanniineista, natriumalginaateis-ta, polyalumiinisulfaateista, polyalumiinihydroksiklori-dista, synteettisistä polyelektrolyyteistä ja koagulan-teista.
16. 15. Menetelmä biologisesti hajoavan materiaalin määrän, tai määrän muutosten kvantitatiiviseksi ja/tai kvalitatiiviseksi arvioimiseksi vesisysteemistä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää fluoresenssi-emission mittauksen on-line mittauksilla luonteenomaiselle 30 biogeeniselle fluoroforille, joka pystyy toimimaan mikrobiologisen aktiivisuuden tason, ja siten vesisysteemissä olevan biologisesti hajoavan materiaalin määrän ja/tai laadun indikaattorina (indikaattoreina), kun sitä valaistaan valolla, joka emittoituu aallonpituudella, joka on 35 alueella 250 - 780 nm, jolloin fluoresenssiemissio osoite- 62 97240 taan aallonpituudella, joka on alueella 250 - 800 nm, ja fluoresenssiemission mitattujen arvojen käyttämisen arvion perusteena.
17. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, 5 tunnettu siitä, että luonteenomainen fluorofori valitaan joukosta, joka koostuu tryptofaanista ja tyrosii-nia sisältävistä proteiineista, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävistä peptideistä, tryptofaania ja tyrosiinia sisältävistä aminohappojohdannaisista, puriineista, pyrimi-10 diineistä, nukleosideista, nukleotideista, nukleiiniha poista, steroideista ja vitamiineista.
18. 17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että luonteenomainen biogee-ninen fluorofori on NADH tai NADPH. 15 18. Jäteveden puhdistuslaitos, joka on säädetty to teuttamaan jäteveden puhdistusprosessi, jossa biologisesti hajoavaa materiaalia sisältävä vesisysteemi saatetaan mik-roorganismien sekaviljelmän suorittaman biologisen hajotuksen kohteeksi niin, että saadaan lopputuotteena puhdis-20 tettua vettä, jossa on pienempi määrä biologisesti hajoavaa ainesta kuin vesisysteemissä, tunnettu siitä, että laitos käsittää sensorin, joka pystyy fluores-enssiemission ja/tai sen vaihteluiden on-line mittauksiin virityksessä luonteenomaisesta, biogeenisesta fluoroforis-25 ta, joka on mikro-organismien sekaviljelmässä, joka hajottaa biologisesti hajoavaa materiaalia, ja joka laitos käsittää edelleen tietojenkäsittelyvälineistön, joka on liitettynä sensoriin, tietojenkäsittelyjärjestelmän kyetessä muunta-30 maan mitatun fluoresenssiemissiosignaalin määritysarvoksi ja vertaamaan tätä määritysarvoa asetusarvoon, ja kontrollivälineistön, joka on liitetty tietojenkä-sittelyvälineistöön, kontrollivälineistön ollessa asetettu kontrolloimaan yhtä tai useampaa vedenpuhdistusprosessin 35 parametriä, tietojenkäsittelyvälineistöstä saadun signaa lin pohjalta siitä tehdyn vertailun seurauksena. g ad 1 all: I 1 I M 97240 63
19. 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen jätevedenpuh-distuslaitos, tunnettu siitä, että se käsittää edelleen osan laitoksessa käsiteltävän biologisesti hajoavan materiaalin laadun ja/tai määrän määrittämistä var- 5 ten, mainitun osan käsittäessä biologisen systeemin, joka käsittää mikro-organismien sekaviljelmän ja biologisesti hajoavan materiaalin näytteen ja sensorin, joka pystyy mittaamaan fluoresens-siemissiota ja/tai sen vaihteluja virityksessä luonteen-10 omaisesta biogeenisesta fluoroforista, joka on läsnä biologisessa systeemissä, ja tietojenkäsittelyvälineistön, joka on liitettynä sensoriin, tietojenkäsittelyjärjestelmän kyetessä muuntamaan mitatun fluoresenssiemissiosignaalin määritysarvoksi 15 ja vertaamaan tätä määritysarvoa aikaisempaan määritysar-voon, jotta arvioidaan muutoksia biologisesti hajoavan materiaalin määrässä ja/tai laadussa.
20. 20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen jäteveden puhdistuslaitos, tunnettu siitä, että se käsittää 20 edelleen kontrollivälineistön, joka on liitetty tietojen-käsittelyvälineistöön, kontrollivälineistön kyetessä säätämään jätevedenpuhdistusprosessin parametrit biologisesti hajoavan materiaalin määrän ja/tai laadun mukaisiksi perustuen signaaliin, joka saadaan tietojenkäsittelyväli-25 neistöstä siinä suoritetun vertailun tuloksena. 97240 64