Hidrológiai Közlöny 1997 (77. évfolyam)

1-2. szám - 3-4. szám - 3. szám - Dombay Gábor: Biofilmek a vízellátás és csatornázás területén

DÓMBAY G.: Biofilniek a vízellátás cs csatornázás területén 131 adszorbálum-hajlandóságot mutat. Az adszorpció mérteke függ a felület és az oldószer (víz) egymással, valamint a polimer szegmenseivel szembeni kölcsönhatásaitól. Figyelembe véve, hogy egy poliszacharid több száz vagy több ezer monoszacharidból áll, a szegmensek és a felület közti gyenge affinitást gyakran ellensúlyozza a szegmensek igen nagy száma. Részben ebből következik, hogy a polimer rugalmassága növeli adszorbeálhatóságát. Egyes baktériumfajták nagyobb mértékben adszorbeálódnak hidrofób (Fletcher et al., 1979; Pringle et al., 1983), mások hidrofil (Dexter, 1979) felületekhez. A hidrofób jelleg molekuláris szintű magyarázata még nem ismert. Általánosságban megállapítható, hogy a poliszacharidok többnyire hidrofilek, egyes fehérjék viszont tartalmazhatnak hidrofób aminosav-csoportokat (Paul et al., 1985). A biofilmek azonban az esetek többségében erősen hidrofilek. 2. Mikroorganizmusok a hiofilmben A biofilmek általában igen sokféle mikroorganizmust tartalmaznak. Kifejlett biofilmben a mikroorganizmusok száma elérheti a 10

1

6 sejt/m

3 értékel (Characklis et al., 1990b), mely több nagyságrenddel meghaladja a szuszpcndált állapotú kultúrák sejtszámát. A biofilm mikroorganizmusai az egyszerű vírusoktól a komplex többsejtű élőlényekig (pl. puhatestűek, férgek, rákok) terjedhetnek, a domináns szervezetek azonban az esetek többségében baktériumok. így a baktériumok tulajdonságai, szubsztrát lebontó képessége határozza meg a biofilmek egyes jellemzőit, aktivitását. Eukarióta szervezetek közül gyakori a mikroalgák jelenléte, amennyiben a biofilm fényhatásnak van kitéve. Ez esetben a mikroalgák elsődleges producens szerepet töltenek be a vízi élettérben. Mikroalgák a barna algák (Phaeophyta) kivételével valamennyi algafajta esetében előfordulnak. A mikrogombák olyan eukarióta szervezetek, melyek sejtfala merev és klorofillt nem tartalmaznak. Többnyire szálas szerkezetűek. Megkülönböztetünk Phycomycetes, Ascomycetes, Basidioinycctcs és Dcuteromycctcs fajokat. A mikrogombák bizonyos esetekben korrozív hatásúak fémre, fára egyaránt. A protozoák olyan egysejtű élőlények, melyek valódi sejtfallal nem rendelkeznek. Protozoák gyakran legelésznek szennyvíztisztításban alkalmazott biofilmeken (pl. csepegtctőtestben), befolyásolva a biofilm akkumulációját és működését. A mikroszkopikus szinten mozgékony protozoák befolyásolhatják a biofilm belsejébe történő tápanyagtranszportot, mivel mozgásuk során turbulencia keletkezik (Characklis et al., 1990b). Prokarióta szervezetek közül a baktériumok a legjelentősebbek. A vízellátás-csatornázás területén előforduló biofilmekben - értelemszerűen - általában heterotróf baktériumok dominálnak, melyek az oldott oxigén jelenlététől függően lehetnek aerobok vagy anaerobok. Autotróf baktériumok közül jelentősek a kemolitotrófok: nitrifikáló biofilmek esetében a Nitrosomonas és a Nitrobactcr, vasanyagú hordozófelület esetében a Thiobacillus ferrooxidans, hidrogén-szulfid jelenlétében a Thiobacillus thiooxidans, metanogén biofilmekben pedig a Hydrogenomonas jellemző (Characklis et al., 1990b). Fotolitotróf baktériumok között megkülönböztetünk anaerob (pl. Chlorobium) és aerob (pl. Prochloron) miliőben funkcionáló fajokat, szerepük biofilmek esetében általában nem meghatározó jellegű. Ez a rendkívül sok fajból álló populáció teszi a biofilm alkalmazását célszerűvé. A nyers- és szennyvízben található igen sokféle szerves és szervetlen szennyező anyag jó hatásfokú lebontására adhat lehetőséget a mátrixba ágyazott kevert kultúra. A hordozófelületnek a nagy baktériumsűrűség mellett egyéb pozitív szerepet is tulajdonítunk. Ez a hatás, a bakteriális aktivitás növelése, már több, mint 50 éve ismert (ZoBell, 1943), mely elméletet az újabb kutatások is megerősítik (pl. Hattori et al., 1981; Audic et al., 1984; Klein et al., 1990). Az aktivitást növelő mechanizmus mibenlétét illetően azonban még nem született elfogadott elmélet. Egyes vélemények szerint az aktivitás növekedését a rögzült sejtek fiziológiai módosulása okozza (Fletcher, 1986; Klein et al., 1990), mint pl. a hordozófelület közelében egyes gének "bekapcsolódása" (switching-on, Dagostino et al., 1991). Más vélemények szerint a sejt környezetében bekövetkező változás megnöveli vagy a tápanyagok és enzimek lokális koncentrációját (Rittman et al., 1986), vagy pedig az EPS-mátrix szelektív hatását (Blenkinsopp et al., 1991). Utóbbi esetben feltételezhető, hogy a szelektív hatás toxikus és/vagy inhibitor anyagokkal szemben jelentkezik, így a mátrix egyfajta molekuláris "védőpajzs", ill. ioncserélő szerepét tölti bc. A rögzült és mátrixba ágyazott mikroorganizmusok általában ellenállóbbak a környezeti hatások változásaival szemben, mint a szuszpendált szervezetek. 3. A biofilmek fizikai jellemzői A bioftlm-vastagság rendkívül lényeges fizikai jellemző. A biofilm aktivitása nem arányos a rögzült biofilm-mcnnyiséggel, azonban egy bizonyos vastagság eléréséig az aktivitás a vastagsággal együtt növekszik (Kornegay et al, 1968). Ez a vastagság az ún. aktív vastagság, melyet meghaladva a tápanyag-diffúzió limitáló tényezővé válik. így a biofilm két rétegre különíthető cl, a hordozófelület felőli passzív, ill. a víztér felőli aktív rétegre. A biofilmek tisztítás-technológiában történő alkalmazásakor célszerű az aktív vastagság körüli, azt meg nem haladó biofilm fenntartása, hiszen az aktív biomaszszának van közvetlen hatása a tápanyaglebontásra. Tápanyag-transzport szempontjából a biofilm két rétegét különböztetjük meg: a hordozófelület felé eső alapréteget (base film), illetve a folyadéktér felőli felületi réteget (surfacc film). A felületi rétegben az érdes biofilmfelülct, valamint az ezt borító folyadékfilm található, melyben lamináris áramlási viszonyok uralkodnak. A folyadéktérből a tápanyagok konvektív transzport útján jutnak a felületi réteghez. A felületi réteg szerepe, hogy kapcsolatot biztosítson a folyadéktér és a biofilm között, így tápanyagátadás szempontjából a szerepe bizonyos esetekben domináns lehet (Christiansen et al., 1995). A tápanyagok a biofilmbe bekerülve molekuláris diffúzió