Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

2. szám - Dombay Gábor: Az ivóvíz bakteriális minőségének változása a vízelosztó hálózatban

DOMB AY G,-Az ivóvíz bakteriális minősége 89 a biomasszával, akkor biofilmbe történő behatolása már jelentősen gátolt lehet (Xu et al., 1995). Stewart (1994) a biofilm klórral szembeni ellánállását két hipotézis figyelembevételével modellezte, úgymint a) fiziológiai ellenállás, vagyis kis szaporodási sebesség esetén a baktérium klórral szembeni ellenállóképessége nagyobb, b) transzport-jellegü ellenállás, a reakció-diffúzió elmélet alapján. Az a) hipotézis alkalmazásával a modellezési eredmények szerint a biofilm felülete közelében lévő baktériumok nagy mennyiségben inaktiválódtak (98 6 %), míg a szubsztrátum környezetében csak mintegy 2 %-ot maktivált a klór. A b) hipotézis alkalmazása a biofilm teljes keresztmetszetében közel egyenletes, 25 %-os inaktiválási arányt mutatott ki. Vastag biofilmekre (525 um) Chen et al. (1996) modellezéssel kimutatta, hogy ha a klór elég gyorsan lép reakcióba a biomasszával, a biofilm-fertőtlenités limitáló tényezője a klór biofilmbeli diffúziója. Vagyis mélyebb biofilm-rétegekbe már nem jut el a klór. Huang et al. (1995) kísérletileg igazolta, hogy a biofilmben a fertőtlenítés hatékonysága változik a biofilm-vastagság függvényében. 120 |im-es vastagságú bíofilmen 2 mgT

1 monoklóramin alkalmazásával végzett CTC vizsgálat kimutatta, hogy a baktériumok légzés-aktivitása a biofilm-víztér határfelület közelében nagy mértékben csökkent. A szubsztrátum közelében a légzés-aktivitás csökkenése csak kismértékű volt. Monoklóraminnal végzett vizsgálatai alapján Srinivasan et al. (1995) megállapította, hogy a reakció-diffúzió elmélet vékony biofilmek esetében nem magyarázza a monoklóramin biofilmre nézve rossz biocid hatásfokát. Ennek lehetséges oka lehet rezisztens szubpopulációk megjelenése a biofilmben, illetve a biofilm mikroorganizmusainak eltérő fiziológiai állapota (pl. EPS termelés, szaporodási sebesség), ami befolyásolja a biocid hatékonyságot. Sanderson et al. (1997) laboratóriumi kísérlettel az ismétlődő fertőtlenítés hatását vizsgálta monoklóraminnal. A második monoklóramin-dózis jelentősen rosszabb hatékonyságú volt az elsőnél. A szerzők a jelenséget a baktérium adaptív reakciójával magyarázzák: az első stresszhatás után a baktérium monoklóraminnal szembeni ellenálló képessége megnőtt. Gyakorlati vonatkozásban hasznosítható tapasztalatként a szerzők utalnak rá, hogy egy rövidebb időtartamú, nagyobb monoklóramin-koncentrációval végzett biofilm-fertőtlenités hatásosabb lehet egy időben elhúzódó (vagy isméltlődő), kis koncentrációjú dózisnál. E kutatási eredmények alapján feltételezhető, hogy a biofilmbe ágyazott mikroorganizmusok fertőtlenítéssel szembeni ellenállása a reakció-diffúzió elmélet és a fertőtlenítési hatékonyság fiziológiai állapottól való függés együttes figyelembevételével magyarázható. Az Egyesült Államokban üzemeltetők között gyakorta merül fel kérdésként, hogy az ivóvízelosztó hálózatban a szabad aktív klór vagy a monoklóramin alkalmazása célszerűbb-e. Korai megállapítások, mely szerint az elosztóhálózatban a monoklóramin hatásosabb fertőtlenítőszer (LeChevallier et al., 1988b), nem minden esetben helytállók. Vasanyagú csövek, szerelvények felületén a redukált ferro-vas reakcióba léphet szabad aktív klórral, így annak koncentrációja igen gyorsan csökkenhet, rövid idő alatt elfogyhat (LeChevallier et al., 1990). A monoklóramin az elosztóhálózat anyagaival szemben általában kevésbé reaktív (

Griebe et al., 1994). Vagyis korrózióra hajlamos anyagú hálózatokban a monoklóramin alkalmazása célszerűbb lehet. Yu et al. (1994) kimutatta, hogy a biofilmben szabad aktív klór (0.25 mgT

1), ill. monoklóramin (1 mgT

1) hatására hasonló fiziológiai elváltozások következnek be, de a szabad aktív klór hatékonysága kis mértékben nagyobb. Az EPS szabad aktív klórral és monoklóraminnal szembeni reaktivitása, a fertőtlenítőszerek baktériumra gyakorolt hatásmechanizmusának feltárása további kutatásokat igényel. 6. Az ivóvíz bakteriális minőség-változásának modellezése Tekintve, hogy a hálózati bakteriális vízminőségromlás biofilm-tevékenység eredménye, így a folyamat modellezése elemi csőreaktorra felírt biofilm-kinetikai összefüggések alkalmazásával lehetséges. Az elemi csőreaktorokat a hidraulikai modell által előállított feltételrendszer kapcsolja össze. Egy biofilm modell minden estben figyelembe kell, hogy vegye a fo biofilm-folyamatokat: a baktériumok adszorpcióját, a szaporodást, a biofilm-leválást, a természetes és fertőtlenítőszer általi pusztulást. Ehhez szükséges a transzport-folyamatok felírása, a tápanyagok és fertőtlenítő szerek lebomlásának kinetikai megfogalmazása. A szakirodalomból jelenleg négy, ivóvízelosztó hálózatra kifejlesztett biofilm-modell ismert (Lu et al., 1995; Servais et al., 1995; Dukan et al., 1996; Bois et al., 1997). A Lu et al. (1995) által kifejlesztett modell a vízminőségi komponensek közül a szerves szén, oldott oxigén, nitrogénvegyületek és klór együttes transzportját veszi figyelembe. A többi modell limitáló tápanyagnak a szenet tekinti, így az egyenletek a BDOC és a klór transzportját és kinetikáját tartalmazzák. A modellek a tápanyaglebontás kinetikáját Monod egyenlettel írják le A CIRSEE kutatóintézet által kifejlesztett (Dukan et al, 1996) bakteriális vizminőségi modell elemi ideális csőreaktorra felírt, egydimenziós transzportmodellen alapul A víztestben a transzport-mechanizmus az axiális irányú konvekció, radiális irányú koncentráció-gradiens nincs. A tápanyagátadási folyamatokhoz a modell figyelembe veszi a koncentrációs határréteg szerepét, vastagságának függését az áramlási sebességtől. A rögzült biomassza homogén eloszlású, szénegyenértékben kifejezett rétegként van értelmezve. Ennek megfelelően helyzetük függvényében három eltérő folyamat különböztethető meg: - a víztestben, - a víztest-biofilm átmeneti határrétegben, és - a biofilmben. Elemi csőreaktorról lévén szó, a csőbeli tengelyirányú távolság és áramlási sebesség függvényében a tartózkodási idő egyértelműen meghatározható. (Csőreaktor-rendszer esetén nem ez a helyzet.) A fő modellparaméterek: a tápanyag BDOC-ben kifejezve, a szuszpendált és rögzült aktív és összes baktériumszám, és a szabad aktív klór.