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 133 k' a telítési koefficiens, |X| '. A logisztikus modell alapján a biofilm-kialakulás szigmoid görbével jellemezhető. A kezdeti bedolgozási szakaszt a kismértékű biofilm-akkuiiuiláció jellemzi. (A valóságban, mint az az ábrán kinagyítva látható, a bedolgozási szakasz kezdete szintén szigmoid görbe alakú.) A bedolgozási idő az cnzimtcnnclődés, így a metabolizmus és prolifcráció megindulásához szükséges idő. Ezt követően a mikrobiológiai szaporodás az exponenciális szakaszba lép, k'X « 1. Az exponenciális szakaszt tápanyag-túlkínálat jellemzi, a folyamatot a mikroorganizmusok szaporodási sebessége korlátozza (lásd Aíonod-J'éle kinetika, Alonod, 1942; pl. üllős, 1991,3.3. 1 fejezet). Az állandósult szakaszt a rögzüli bioíilm nicnynyiségénck állandósulása, k' = 1/X jellemzi. Az állandósult szakasz helyéi az adott környezeti feltételek határozzák meg. Reaktor-kinetikai szempontból az állandósult szakasz a reaktor egyensúlyi állapotának tekinthető. I. ábra. A biofilm kialakulásának időbeli folyamata (Characklis, 1990b) A különféle szerves anyagokból álló kondicionáló film kialakulása igen gyorsan végbemegy. Dryers (1980) laboratóriumi vizsgálat során kimutatta, hogy néhány perc elteltével üvegfelületen mintegy 15 mg/m

2 szcívcs anyag adszorbeálódott. Tengervíz és rozsdamentes accl cselén 15 perc tartózkodási idő 0.8 mg/m

2 nagyságrendű szerves bevonatot eredményezett (I.ittle et al., 1985). A nagyobb molekulatömegű polimerek erősebben adszorbeálódnak a felülethez (a lübb kötőhely miatt), kisebb molekulatömegű polimereket leszoríthatnak a felületről (Cohen-Stuart et al., 1980). Vagyis a kondicionáló bevonat kialakulása dinamikus, versenyszerű folyamatok állal meghatározott. A polimerek szegmenseinek mintegy 30-60 %-a kapcsolódik a fclülclhcz (Barnett et al., 1981; C'afe et al., 1982), s ez az arány befolyásolja adszorpciójuk erősségét. A kondicionáló film megjelenésé csökkenti a felület hidrofobilását (Baier, 1975), valamim negatív töltést és zéla potenciált ad a felületnek (l.oeb et al., 1975). Bár a kondicionáló film kialakulása vízi környezetben minden cselben megelőzi a mikroorganizmusok adszorpcióját, mindezidáig szükségessége a mikroorganizmus-adszorpcióhoz nem bizonyított. Egyes esetekben előfordulhat, hogy a kondicionáló film megjelenése gálló tényező a biofilm-kialakulásban. Meadows (1971) vizsgálalai alapján kimutatta, hogy a fclülclhcz rögzült albumin gátolta, kazein és zselatin pedig elősegítette a bakteriális adszorpciót. A mikroorganizmusok irreverzibilis adszorpciója lényegében kcmiszorpciós folyamat, melyben polimer liídkötcsck játsszák a fő szerepel. így az EPS szerepe adszorpciós szempontból meghatározó jellegű. A polimerek, mikroorganizmusok és a hordozófelület közötti kölcsönhatások és fő jellemzőik (Robb, 1984 nyomán): 1. Egyes polimerek irreverzibilisen adszorbeálódnak a felülethez, gyenge felületi polimer-kötések által. A gyenge kötések kis erejét nagy számuk ellensúlyozza. Ez egyaránt érvényes a kondicionáló filmcl létrehozó szabad polimerekre, de baktérium sejtekhez rögzült polimerekre is. 2. Az általában negatív töltésű baktériumok polimerek útján adszorbeálódnak a szintén negatív töllésű felülethez. Ez esetben biológiai mechanizmusra nincs szükség. Az elektrosztatikus töltések nagysága jelentősen csökkentheti az adszorpció mértékét. 3. Extracclluláris fehérjék pozitív töltésű csoportjai erős kötést alakítanak ki a felületen lévő negatív töltésű adszorpciós helyekkel. Ez abban az esetben is előfordulhat, ha a fehérje töltése egészében véve negatív. A fehérjék egyes ionok hidrofób felülethez történő adszorpciója esetében játszhatnak fő szerepet (Paul et al., 1985). 4. Egyes molekulák és polimerek meggátolhatják makromolekulák adszorpcióját. 5. Az adhéziós erő növekszik az idő előrehaladtával. Powell et al. (1983) és Eschcr (1986) rámutatott, hogy amennyiben a felületen rögzült sejtek adszorpcióját irreverzibilisnek tekintjük, akkor lényegesen lolébccsüljük a biofilm baktériumpopulációját. Vagyis a biofilmkialakulás az irreverzibilisen adszorbeálódott mikroorganizmusok nettó akkumulációjával egyenlő, mely adszorpciós és deszorpciós folyamatok eredőjeként jellemezhető. A biofilm eróziója alatt biofilm-darabkák folyamatos leválását értjük. Nagysága a biofilm-vastagság és a folyadékáramlásból származó nyírócrő növekedésével fokozódik (Trulcar et al., 1982). Tápanyaghiány, nagymértékű turbulencia esetén jelentős lehet. Leválás (slougliing) alatt hirtelen bekövetkező, nagymértékű biofilmvcsztcségct ériünk (Howell et al., 1978). Tápanyagdús környezetben kialakult vastag biofilniek esetében gyakori. Jelentős mértékű lehet az áramlási sebesség irányának cs/vagy nagyságának megváltozásakor a biofilm-leválás (pl. vízcloszló hálózatban; Opeim et al., 1988). Erózió és leválás szimultán is bekövetkezhet. 5. A biofilm-kialakulást befolyásoló fő tényezők A hordozófelület érdessége. Általánosságban megállapítható, hogy a nagyobb érdcsség kedvez a biofilm-kialakulásnak (Geesey et al., 1979; Baker, 1984). Egyrészt érdes felület környezetében a konvektív transzport