Hidrológiai Közlöny 1977 (57. évfolyam)
5. szám - Fikry H. Ghobrial: A sejtanyag, illetve baktériumszaporulat kinetikája az eleveniszapos eljárásban
194 Hidrológiai Közlöny 1977. 5. sz. Fikry H. Ghobrial: A sejtanyag, illetve baktérium, kinetikája A (3) egyenlet a szakaszos mikroorganizmusszaporulat két-fázisú matematikai megfogalmazásának tekinthető, ahol a yv s a szubsztrátanyagok energianyerés céljából történő oxidációját és új sejtanyag szintézisét fejezi ki, míg a k e tényező az endogén fázisban bekövetkező sejtpusztulás sebességi állandója, ami szintén energiát igényel. A fentiek szolgálnak magyarázatul a szaporulati és elhalási konstansok fogalmának kialakítására. Az eredetileg szakaszos eljárásokra vonatkozó (3) egyenletet a későbbiekben felhasználták folyamatos átfolyású szennyvíztisztító rendszerek leírására is. A viszonyok mások azonban a szakaszos, mint az átfolyás rendszerben, és ezért a (3) egyenlet közvetlenül nem alkalmazható az átfolyásos rendszerekre. Különösen számolni kell azzal, hogy átfolyásos rendszer esetén folytonosan új szubsztrátanyag kerül a rendszerbe, továbbá a sejtmassza autooxidációja (a sejten kívüli szubsztrátanyag távollétében) esetleg nem következik be. A sejtnövekedés sebessége tökéletesen elkevert rendszerben Tökéletesen elkevert és recirkuláltatott eleveniszapos rendszer stacionárius növekedési sebessége a szilárd anyagok rendszerből történő eltávolításának a sebességével jellemezhető. Egy ilyen rendszert mutat be az 1. ábra. Az 1. ábra alapján az anyagmérleg a következőképpen fejezhető ki: dx V-±-=Vv xX\ — q wXi-{q-q w)xz. (4) Stacionárius viszonyok között a sejtanyag koncentrációja konstans, azaz d< és így a (4) egyenlet a következő alakban írható fel „_q«xi-+(q-q»)x2 ,,, y- qjs-T 6) ' (5 ) amikor is a következő helyettesítésekkel éltünk: (S 0-Se) V V x = y V i = y ~ = t, ahol t a tartózkodási idő a levegőztető medencében. Látható, hogy stacionárius állapotban Vv xxi = q wx-i +{q- q w)%2, majd Kxj-el osztva, a következő egyenletet kapjuk : qwXi -+ (q-q w)x<2 V x = Vx 1 Mivel (1/Vx) az iszapkorral egyenlő (Ik), TLZ !IZ £L sejtanyagnak a levegőztető medencében való tartózkodási idejével kapjuk, hogy l_ _ xiq w+ (q-q w)x2 Ik~ vagy (6) h = x xV x,V qu,xi + (q—q w)x2.' Az (5) és (6) egyenletek segítségével leírható a teljesen elkevert eleveniszapos folyamat stacionárius viszonyok mellett. Hasonló egyenleteket vezetett le és használt Benedek (1971), a különbség csupán annyi, hogy az ismertetett kísérletek során a fölösiszapot a levegőztető medencéből és nem a végső ülepített iszapból távolították el. A tanulmány célkitűzése Az alább ismertetett kutatások fő célkitűzései a sejtszaporulat-meghatározás elméleti alapjainak a finomítása, valamint lehető leegyszerűsítése az egészségügyi mérnökök területén való gyakorlati alkalmazásuk érdekében, továbbá a szubsztráteltávolítás kinetikai értékelésénél történő hasznosítása. Gyakorlati megfontolások alapján, valamint azon nehézségek miatt, amelyek a valóságos baktériummassza meghatározásával kapcsolatban felmerülnek, a tényleges sejtanyaggal kapcsolatos vizsgálatainkat az eleveniszapos szuszpenzió lebegő szilárdanyagtartalmának meghatározására korlátoztuk, ami azonban nem kevésbé fontos az egészségügyi mérnök szempontjából. A levezetett egyenletek alapján megvizsgáltuk azokat a tényezőket, amelyek kihatással vannak a netto mikrobiológiai szaporulatra, és ennek igazolására laboratóriumi adatokat gyűjtöttünk. A sejtanyagterinelés meghatározásának elméleti alapjai Az alábbi fejtegetések során a sejtszaporulat meghatározásának a kérdését egy új oldalról igyekeztünk megközelíteni. Az új megközelítés alapja a szubsztrát-anyagmérleg, tekintetbe véve különösen a szubsztrátanyagok hőenergiatermelésre fordított hányadát, amit az tesz szükségessé, hogy a szubsztrátanyagok oxidációja egymagában nem képes a sejtek energiaigényét kielégíteni. Minden szubsztrátanyag jól definiált tulajdonságokkal bír, így egyesek illók, mások nem illók. Ugyanígy minden mikrobiológiai populációnak megvannak a maga sajátosságai, amelyek kihatnak a biológiai rendszerben folyó anyagcsere-folyamatokra. A szubsztráthasznosítással kapcsolatban tudnunk kell azt, hogy a szubsztrát egy része a szintézist, azaz új sejtanyag létrehozását szolgálja, míg másik része a sejtfenntartáshoz és mozgáshoz szükséges energiát szolgáltatja. McCarty (1964) az energiahasznosítás kérdésével foglalkozva megállapítja, hogy a felszabaduló energiát mind az autotróf, mind a heterotróf szervezetek 40—70%-ban képesek hasznosítani. Ehhez hozzá vehetjük, hogy a szubsztrátanyagok harmadik része elvész, mint nem hasznosított energia, nevezetesen hőenergia. Illó szubsztrátanyagok esetében még egy negyedik részről is beszélhetünk, amely a légtérbe távozik az anyag illékonyságától, a hőmérséklettől és a koncentrációtól függően. A szubsztráteltávolítás bruttó sebességének a meghatározása céljából mind a négy említett folyamatra tekintettel kell lennünk az alábbiak szerint:
