Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 3. szám - Tolnai Béla: A biológiai szűrésről - axiomatikus szemléletben
66 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2015. 95. EVF. 3. SZ. Az alkalmazott logaritmikus skála azt jelzi, hogy e- gyes szürőközegeket reprezentáló méretek között nagy távolság van. Megfigyelhetjük azt is, hogy jelenleg a piacon kapható műanyag biofílmhordozó termékek (Was- serCare, Danpak) még messze elmaradnak az igényektől, fajlagos felületük meglehetősen kicsi. A biofílmhordozó közeg kiválasztásánál ideális, ha a mértékadó szemcseátmérő a mikroba méretnél némiképp nagyobb. A szűrési sebesség A partiszűrés esetében a szűrési sebesség meghatározása, adott esetben becslése könnyű, mert a biofilmet hordozó szürőközeg áll, a tápanyagot szállító víz mozog. Vannak esetek, amikor a baktériumok belakta felület és a víz is mozog. Ez az eset fordul elő az eleveniszapos szennyvíztisztításnál. A diffúzió szempontjából a két mozgó médium relatív sebessége számít, amelynek pontos meghatározása nem könnyű feladat. A relatív sebesség nagysága emellett folytonosan változik is. Attól, mert nehéz a relatív sebesség nagyságát meghatározni, a relatív sebességgel szemben támasztott követelmény marad, a sebességet alacsonyan kell tudni tartani. A diffúziós tényező A diffúziós tényező nagysága a lebontandó molekulák méretétől függ. Az előforduló legkisebb és legnagyobb érték között egy nagyságrenden belüli a különbség. A különböző szubsztrátoknak esetében változik ugyan a számérték, de nem nagyon. Emiatt a Pe-szám nevezője — szemben a számlálóval - jól becsülhető. A diffúziós tényezőnek hőmérséklet függése van. Csökkenő hőmérséklettel értéke kisebbé válik. A hőmérsékleti koefficiens minden anyag estében ugyanaz. 2.4. A szűrés biológiai jegyei A 2-2. táblázat a biokémiai folyamat fenntartásaként a baktériumok életösztönét jelöli meg. A sommás kijelentésnek azonban mélyebb oka van, amelyet a Michaelis- Menten és a Monod kinetikák segítségével magyarázhatunk meg. A biofilmen belüli tápanyaglebontás - ha annak csupán a megtörténtét regisztráljuk — egyszerűnek tűnik. Belenagyítva a képbe, lényegesen árnyaltabb lefolyást kapunk. A biológusok által már jó ideje tisztázott működési mechanizmust érdemes a rendszertechnikai összefüggések megértése érdekében röviden felidézni. Mint minden élőlénynek életműködésük fenntartásához a sejteknek is energiára van szükségük. A tápanyaglebontási folyamat exoterm. Törekvés a felszabaduló e- nergia „megszerzésére” életösztönként nyilvánul meg. Ahhoz, hogy egy molekula lebomoljon, előbb annak aktiválására van szükség. A szükséges ^^akt^áiásí válási energiát a környezet adja. A szükséges nagyság katalizátor jelenlétében lényegesen kisebb (lásd 2-6 ábra). Biológiai rendszerekben az enzimek működnek katalizátorként. az enzimnek megváltozik az alakja, amint a szubsztrát megkötődik a szubsztrát belép az enzim aktív centrumába enzím-szubsztrát komplex ., a végtermékek enzim-végtermék elhagyják az enzim komplex aktív centrumát (enzim újra eredeti alakjában) 2-5. ábra A lebontás illusztrálása Egy bizonyos enzim csak egy bizonyos szubsztrát lebontására képes. Ezt jelzik az ábrán a „zárba illő kulcs” összeillő geometriai alakzatok. Megfogalmazhatjuk a következő axiómát: A lebontási axióma Ahhoz, hogy a lebontás nagy valószínűséggel végbemehessen a térben, mintázatában a szub- sztráthoz „illeszkedő” enzimnek jelen kell lennie. A szubsztrát-komplex-termék fázisok reverzibilis és irreverzibilis képződési szakaszai egyenletek, differenciálegyenletek segítségével is leírhatók [2]. E + S<hí-*ES->P + E E enzim S szubsztrát ES komplex P produkt (termék) í/[ES] = ME][S] - (k_x + £2)[ES] = 0 dt [E] + [ES] = [E]0 [ESI- [EUS1 [S] + ^ k_x +k2^ k-\ + k2 = K V 4P] = MES] = * / *2[E]0[S] _ vmax[S] dt [S ] + Km [S ] + Km 2-6. ábra. Az enzimkinetika blokkvázlat és egyenletei 2. 5. a. ábra. A tápanyag lebontási folyamat A reakció idő elteltével a szubsztrát termékké válik, miközben energia szabadul fel. A felszabaduló AE e- nergiához való hozzáférés lehetősége jelenti a tápanyaglebontási folyamat tulajdonképpeni hajtóerejét. A sejtek tápanyagcseréjének leírására az Michaelis- Menten enzimkinetika szolgál [2], A XIX. század elején kidolgozott elmélet tisztázta az enzimek szerepét a folyamatban, geometriai struktúrákkal illusztrálva a molekulák elbontásának mechanizmusát.
