Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 3. szám - Tolnai Béla: A biológiai szűrésről - axiomatikus szemléletben
63 A biológiai szűrésről - axiomatikus szemléletben Tolnai Béla Budapest, Biomodel Kft. Szükséges minden tudományban felállítani a megfelelő fogalmak definícióit és megtenni azon elsődleges feltevéseket, amelyekből mint a termést hozó magból előjönnek az alapelvek. Galileo Galilei 1. Bevezetés Némedi László, a budapesti ÁNTSZ mikrobiológiai laboratóriumának egykori vezetője egy baráti levélben a következőket írta: Döngetem vagy 25 éve a mérnökök „kapuit", de nem engedik magukhoz a többszörös áttétellel is érvényesülő igazságot: Az ionok és a mikrobák eltérő viselkedése a különböző közegekben messze több, mint egy egyszerű el őszi ás-függvény. Elfogadva és tiszteletben tartva ezt a gyönyörűen megfogalmazott intelmet, mégis a következőkben a biológiai szűréselmélet matematika megalapozásáról lesz szó. A már régóta ismert és az újabb meglátásokat rendszerezve egyfajta axiomatikus felépítéshez juthatunk. A geometria euklideszi axiómái zárt rendszert alkotnak, belőlük levezethető az összes geometriai tétel. A biológiai szűréselmélet esetében a geometriához hasonló, szigorú tárgyalásmód nem jöhet szóba, csupán az axiómák mintájára, formálisan a semmiből sem következő a- lapigazságokat, mint sarokpontokat rögzítjük, és ezekre támaszkodva próbálunk általános következtetésekre jutni. Tudva, hogy a mikrobák viselkedése messze bonyolultabb, mintsem az néhány összefüggéssel leírható volna, mégis szükség lehet, mégis szükség van a viszonyok leegyszerűsített feltérképezésére is. 1.2. A biológiai szűréselmélet sarokkövei. A víz minősége és terheltsége A víz biológiai megtisztulása a benne lévő - a szeny- nyezést jelentő - szerves tápanyag lebontása révén valósul meg. A molekulák lebontásban - sommásan vízzé és szén-dioxiddá alakításában - a mikroorganizmusoknak döntő szerepe van. Más és más szennyező molekula lebontásához más és más baktérium munkájára van szükség. A vízben oldott molekulák fajtája a víz minőségét mutatja (mit kell lebontani), a molekuláknak koncentrációja a víz terheltségét jelzi (mennyit kell belőle lebontani). Ivóvíz nyerése biológiai úton, vagy a szennyvíz-tisztítás egyazon gyökerekre vezethető vissza. A tisztítandó nyersvíz és a tisztítandó szennyvíz a vízminőséget tekintve érdemben nem különbözik egymástól, hisz mindkét vízben ugyanazon típusú molekulák találhatók meg. A terheltség vonatkozásában viszont az eltérés tetemes. A tisztítandó víz terheltségét nem közvetlen az összetevők koncentrációjaként adjuk meg, hanem indikátor paraméterek segítségével a megtisztuláshoz szükséges oxigén szükségletet adjuk meg. A szennyvíz KOI és a BŐI értékei akár három nagyságrenddel is nagyobbak lehetnek az ivóvíz előállítás alapjául szolgáló élővizek terheltségéhez képest. A víz minőségének és terheltségének éles megkülönböztetése alapján axiómának is felfogható kijelentést tehetünk: Az egyezési axióma A mikroba nem tudja, hogy ivóvíz előállításban vagy szennyvíztisztításban vesz részt, vagy másként a különböző célú biológiai víztisztítási eljárások hatásmechanizmusa azonos. Következésképp az ivóvíz előállításánál szerzett tapasztalatok a szennyvíztisztításnál is hasznosíthatók és fordítva. A ma fennálló éles megkülönböztetés - nem indokolt. 2.1. A partiszűrés megfigyelése A partiszürés folyamata jól megfigyelhető és alkalmas általánosításra. A következő axiómaként tekinthető megállapításokat tehetjük:____________________________ A megtapadási axióma A biofilm megtapadásához szilárd felületre van szükség [3]. Más szavakkal a mikrobák életterük kialakításához valamilyen hordozó felületet igényelnek. Ha víz terheltsége nagy, úgy sok baktérium munkájára van szükség, és azok letelepítéséhez nagy felület kell. A felület lehet álló, ilyenkor összefüggő bio- film jön létre. A partiszűrésnél ezt tapasztaljuk. A felület mozoghat is, ez esetben tagolt vagy töredezett lesz a baktériumok élettere. Ilyen eset fordul elő az eleveniszapos szennyvíztisztításnál. A felfűzést axióma A víz biológiai megtisztításának folyamata egy logisztikai előtétfolyamatból és a biofilmen belül zajló biokémiai folyamatból áll. [1] A részfolyamatok felfűzése soros. A főfolyamat három soros részfolyamatból áll, ahogy azt a 2-1. táblázat szemlélteti. A konvektiv áramlás vagy szivárgás a szennyezést a biofilm- hez szállítja. A konduktív áramlás vagy diffúzió a szennyező anyagot a főáramról leválasztva a bio- filmbe juttatja. Az áramlástechnikai törvényeken alapuló, logisztikai lépések előfeltételei a biofilmen belül lezajló folyamatoknak. A tápanyag lebontása a biofilmen belül történik, amely baktériumok közreműködését igényli. A 2-1. táblázat az egyes részfolyamatok hajtóerejét és fenntartásának módját is megadja. A vízmozgás a rétegben nyomáskülönbség hatására jön létre, amelyet szivattyúzással - másutt keveréssel - tartunk fenn. A diffúziót a koncentrációkülönbség hajtja. A tápanyaglebontás biokémiai művelet, amely átalakítja a biofilmbe belépő molekulát és ezzel „eltünteti” annak biofilmen belüli koncentrációját. A biofilmen kívüli és a biofilmen belüli koncentrációkülönbség így folyamatosan újratermelődik.
