Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)
2. szám - Dombay Gábor: Az ivóvíz bakteriális minőségének változása a vízelosztó hálózatban
DOMB AY G,-Az ivóvíz bakteriális minősége 85 lészés, emberi beavatkozás. Az erózió kisméretű biofilmrészek kvázi-permanens leválása, mely a mikrobiológiai proliferációt egyensúlyozza. A lemosódás nagyméretű biofilm-részek leválása valamely rövid idejű tranziens folyamat (pl hidrodinamika) hatására. A lemorzsolódást szilárd részecskékkel történő ütközés okozza. Fejlettebb szervezetek (pl. protozoa) a biofilmet tápanyagként használhatják, a folyamatot legelészésnek nevezzük. Emberi beavatkozás alatt a biofilm eltávolítására irányzott szándékos tevékenységet értünk (pl. mosás, kaparás). fíakke (1986) kutatásai megmutatták, hogy tranziens nyírófeszültségek nagy mértékű biofilm-lemosódást okozhatnak. A tranziens időszak után a biofilm-leválás visszatért megelőző értékére. Tranziens hidrodinamikai hatások modellezésekor így nem a nyírófeszültség értéke, hanem annak idő szerinti deriváltja veendő figyelembe ( Peyton et al., 1993). Állandósult állapotra vonatkozóan a leválás modellezésére vonatkozó részletes összefoglalást Dukan etal. (1996) ad. Biofilmek nyíró- és normálerővel szembeni viselkedésére Ohashi et al. (1996) végzett kutatást. Normálfeszültséget centrifugális erő segítségével hoztak létre a biofilmben. A kutatási eredmények azt mutatták, hogy a biofilmek nyírófeszültséggel szembeni ellenállása mintegy két nagyságrenddel volt nagyobb a normálfeszültségekkel szembeni ellenállásnál. A kutatók a nagymértékű biofilmlemosódások okaiként így elsősorban a tranziens normálfeszültséget jelölik meg. Biofilmben tranziens normálfeszültség felúszás (Ohashi et al., 1994), az elosztóhálózati biofilmben hidrodinamikai vibráció, hirtelen nyomásváltozás, valamint külső mechanikai hatások eredményeként jöhet létre. A tranziens normálfeszültségek biofilm-leválásra gyakorolt hatására Dombay (1999) állított fel modellt. A modell igazolásához, a folyamat jelentőségének egyértelmű feltárásához további kutatás szükséges. 4. Hidraulikai paraméterek hatása az elosztóhálózat bakteriális aktivitására Az ivóvízelosztó hálózatban a hidraulikai paraméterek az egyes üzemállapotok hatására változnak. A biofilm és a reaktor hidraulikai viszonyai között kölcsönhatás van: a hidraulikai viszonyok befolyásolják a biofilm kialakulását és működését, a biofilm pedig befolyásolhatja a hidraulikai feltételeket a biofilm felületének közelében, illetve azon belül (Wilderer et al., 1995). 4.1. Transzportfolyamatok és biofilm-kinetika Biofilm-reaktor jellemző transzport mechanizmusai a víztestben konvekció és turbulens diffúzió, a biofilmben molekuláris diffúzió. A biofilm-víztest határfelületnél két határréteg különböztethető meg: - a koncentráció határréteg, és - a hidrodinamikai határréteg Turbulens áramlási feltételek esetén, a víztestben lévő oldott anyagok tekintetében radiális irányú koncentrációgradiens gyakorlatilag nincs. Koncentráció-gradiens a koncentráció határrétegben jelenik meg, maximumát a biofilm felületénél éri el (Lewcmdowski et al, 1994). Ebben a rétegben a domináns transzport-mechanizmus a molekuláris diffúzió. A hidrodinamikai határrétegben történik meg az áramlás turbulens-lamináris átmenete. Bishop et al. (1997) vizsgálatai megállapították, hogy a hidrodinamikai határréteg vastagságára az áramlási sebességnek nem volt számottevő hatása, a réteg vastagsága 40005500 um tartományba esett. A koncentráció határréteg vastagsága az áramlási sebesség függvényében 200-400 |im tartományban változott. DeBeer et al. (1994) klór mikroelektródák segítségével a koncentráció határréteg vastagságát szintén 100-400 (im tartományban állapította meg. A biofilm működésére a koncentráció határréteg vastagsága lehet hatással, az áramlási sebesség növekedése a rétegvastagság csökkenését okozza, melynek hatására a víztest-biofilm anyagátadási ellenállás csökken (Characklis et al., 1990). Túlzott mértékű baktenális vízminőségromlástól mentes ivóvízelosztó hálózatokban a biofilm vastagsága jellemzően 10-30 |im nagyságrendű (L'Hostis, 1996). Ilyen biofilmekben az ivóvízre jellemző tápanyag-koncentráció tartományban nem valószínűsíthető tápanyag-limitálás. Vagyis, a tápanyagfluxus és a tápanyagátadási ellenállás megváltozása a biofilm aktivitásában számottevő (mérhető) változást nem okoz. Erősen szennyezett, jelentős biofilmmel rendelkező hálózatokban a tápanyag-transzport megváltozásának biofilm-kinetikára gyakorolt hatása kutatást igényel. A hidrodinamikai feltételek változása kihat a biofilmfertőtlenítés folyamatára is. Characklis et al. (1990) megállapította, hogy aktív klór jelenlétében az áramlási sebesség növelése fokozott mértékű biofilm-leválást idéz elő. DeBeer et al. (1994) kimutatta, hogy a biofilm-víztest határfelületen a klór-koncentráció a víztestbeli érték mintegy 20-30 %-a, vagyis jelentős a koncentráció hatánéteg anyagátadási ellenállása. Az áramlási sebesség növekedésével csökken a koncentráció határréteg vastagsága, ami számottevően javíthatja a biofilm-fertőtlenítés hatékonyságát. Ezt a hipotézist a szerzők laboratónumi kísérleti egység alkalmazásával kísérletileg igazolták. Ivó vízelosztó hálózaton, monoklóramin jelenlétében végzett vizsgálatai alapján Donion et al. (1994) mutatott ki összefüggést az áramlási sebesség és a biofilm-fertőtlenítés hatékonysága között. A nagyobb áramlási sebességgel jellemezhető vezetékekben a biofilm-aktivitás alacsonyabb volt, amit a szerzők a koncentráció határréteg vastagságcsökkenése által okozott fokozottabb mértékű biofilmbe történő monoklóramin-diffüzónak tulajdonítanak. Az áramlási sebesség függvényében változik a nyírófeszültség a csőfalnál. Vastag (500-700 um) biofilmeken a Re = 7800-13100 turbulens tartományban végzett vizsgálatok ( Vieira et al., 1993) kimutatták, hogy nagyobb áramlási sebességek esetén vékonyabb, nagyobb sűrűségű és nagyobb belső kohézióval rendelkező biofilm alakul ki. Peyton (1996) vékony (10-40 um) biofilmek esetében nem észlelt mérhető különbséget eltérő nyírófeszültség mellett kialakult biofilmek között. A vizsgált nyírófeszültség-tartomány 1,5-2,2 ms° áramlási sebességnek felel meg csőreaktor esetén. E vizsgálatok alapján valószínűsíthető, hogy ivóvízelosztó hálózatban a jellemző áramlási sebesség-tartományban a nyírófeszültség értéke nem befolyásolja az állandósult állapotú biofilm működését A biofilm-kialakulás kezdeti szakaszában, és tranziens nyírófeszültségek esetén a megállapítás nem feltétlenül érvényes.
