196578. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szerves vegyipari eredetű, toxikus hatású szennyvizek biológiai tisztítására
1 2 a vendégmolekula minősége és a körülmények által meghatározott mértékben zárványkomplexként található az oldatban. A zárványkomplex közvetlenül nem képes hatni a sejtekre, mszen ez esetben a toxikus molekulák be vannak csomagolva egy belül hidrofób, de kívül hidrofil, viszonylag nagyméretű, a sejtmembránon át nem hatoló szénhidrát burokba. Ez az egyensúly azonban dinamikus, amennyiben tehát pl. a mikrobiológiai lebontás következtében az oldatban csökken a szabad fenolkoncentráció akkor a komplex disszociáció révén ismét szabaddá teszi az egyensúlyi koncentráció fenntartásához szükséges mennyiségű fenolt. Ily módon tehát az ossz fenol koncentráció jelentős része mikrobiológiailag inaktív formába vihető átmenetileg, ez azonban nem befolyásolja a fenol mikrobiológiai lebontását. Végeredményben tehát a mikróba sejtek a jelenleg ismertnél lényegesen nagyobb fenol vagy egyéb mérgező anyag koncentrációkat képesek elviselni ciklodextrin jelenlétében. A eiklodextrineket keményítőből állítják elő, egy speciális enzimmel történő lebontás révén. Háromféle ciklodextrin ismeretes: az alfa-, béta- és a gamma-ciklodextrin. Ezek 6-, 7 vagy 8 glükopiranóz egységből felépülő makrogyűríík. A szerkezet különleges sajátsága az, hogy valamennyi hidroxil csoport a makrógyűrű egyik vagy másik peremén helyezkedik el, és ennek következtében a gyűrűk kívülről nézve polárosak és hidrofilek. A gyűrűk belső ürege azonban apoláros karakterű, mivel a henger alakú molekula belső üregfalát hidrogénatomok, illetve éteres oxigén hidak alkotják. Ezért a ciklodextrin molekuláris méretű kapszulának tekinthető. Vízben oldva a ciklodextrineket azok kívül hiratálódnak és oldódnak, a belső üregben is található néhány vízmolekula, ezek azonban az apoláros üregfallal való kölcsönhatás miatt energetikailag kedvezőtlen helyzetben vannak. A gyűrű üreg belső falát lényegileg nem nedvesítik ezek a vízmolekulák, tehát itt nagymértékű felületi feszültség alakul ki. Ezért, ha a ciklodextrinek vizes oldataihoz olyan vegyÖleteket adunk, amelyeknek a molekula mérete lehetővé teszi azt, hogy azok beleférjenek a ciklodextrin üreg belsejébe és ugyanakkor apoláros karakterűek, akkor automatikusan létrejön az úgynevezett ciklodextrin zárványkomplex. Az energetikailag kedvezőtlen állapotban lévő vízmolekulák a gyűrűüreget elhagyják és helyüket elfoglalja az ún. vendégmolekula. llymódon a kedvezőtlen poláros-apoláros kölcsönhatást felváltja az energetikailag sokkal kedvezőbb apoláros-apolárs kölcsönhatás, ügy is fel lehet ezt fogni, hogy molekuláris méretű oldat fázis jön létre: A ciklodextrin üreg belsejében oldódik egy-egy molekula, amely vízben egyébként nem oldódna. Ez a zárván) komplexképzés lehetővé teszi azt, hogy a vízben egyébként rosszul oldódó apoláros molekulákat vízben oldhatóbbá tegyük, ugyanakkor ezek a molekulák-tulajdonképpen be vannak csomagolva egy hidrofil burokba. így pl. a klórozott fenolok molekuláit ciklodexhinne! komplexáljuk, akkor azoknak az eleveniszapos biológiai rendszerre gyakorolt toxikus hatása csökken, mert hiszen az oldatban a valóban szabad állapotban (tehát nem komplexált formában) jelenlévő CI-fenol molekulák tényleges koncentrációja csökken. Ugyanakkor ez a komplexképzés rendkívül dinamikus egyensúlyt jelent. Amennyiben az oldatban jelenlévő szabad, tehát nem komplexált molekula valamilyen módon a rendszerből eltávozik (membránon keresztül átdiffundál, elpárolog vagy mikrobiológiailag átalakul) akkor a komplexált for mából pillanatszerűen szabaddá válik az egyensúly helyreállításához szükséges újabb molekula mennyiség. Az alfa, béta és a gamma ciklodextrin belső molekuláris üregátmérője 6-7, 8, ill. 9,5 Á átmérőjű és magassága mindegyiknek 7,8 Á. Ez azt jelenti, hogy az alfa- ciklodextrjnbe egy benzolgyűrű méretű molekula zárható be, a béta-ciklodextrinbe már egy naftáim molekula méretű is, a gamma-ciklodextrin pedig polinukleáris szénhidrogének megkötésére is alkalmas. Ha a eiklodextrineket alkalmas körülmények között keresztkötő ágensekkel polimerizáljuk, akkor ciklodextrin polimerek állíthatók elő. Amennyiben a polimer molekula tömege a 10.000-et nem haladja meg, azaz mindössze 2—6 béta ciklodextrin molekulát kapcsolunk ilyen módon össze, ekkor a termék vízben rendkívüli mértékben vízoldhetó. Mindez mellett megtartja komplexképző sajátságát, sőt a tapasztalatok szerint a térbelileg egymáshoz közel lokalizált ciklodextria gyűrűk az eredeti ciklodextrinnel nagyobb stabilitású komplexeket képeznek. Oldatban tehát számos esetben komplexképzésre a vízoldható ciklodextrin polimerek alkalmasabbak, mint maguk a nem szubsztituált ciklodextrinek. Az alfa-ciklodextrint a keményítőbontó amililitikus enzimek csak nagyon kis sebességgel képesek bontani. A béta-ciklode.'.trint lassan, de tudják bontani, a gamma-ciklodextrint olyan gyorsan bontják, mint a keményítőt. A ciklodextrin polimerek gyakorlatilag nem degradálhatok enzimekkel. Ciklodextriiíként általában az enzimesen nehezen lebontható alfa és béta ciklodexhint célszerű alkalmazni, de nagyon előnyös a nükrobiológiajlag végképpen nem bontható oldható ciklodextrin származékok és polimerek alkalmazása. A szerves-vegyipari eredetű 200—10.000 mg/1 KOI koncenctrációjú szennyvizek toxikus hatását csökkentésére szolgáló találmányi eljárás lényege, hogy a szennyvízhez ciklikus szerkezetű'900-10.000 móltömegű a — és/vagy ß ciklodexhint és/vagy ß ciklodextrin random alkilezett és/vagy epiklórhidrinnel térhálósított ciklodextrin és/vagy karboximetil csoportot tar-, talmazó ß ciklodexhint és/vagy ciklodextrin konverziós elegyet adagolunk 0,02-2,5 dextrinszármazék-KOI tömegarányban, folyamatos keverés mellett, majd a szennyvíz-dextrin származék elegyet önmagában ismert biológiai tisztítási eljárással továbbkezeljük. További előnyös hatást érünk el, ha a dextrin származék — eleveníszap elegyet adszorpu^ tér közbeiktatásával vezetjük a biológiai rendszerbe. Az adszorpció elősegíti az eleveniszap pelyheket képező baktériumok és a ciklodextrin származék által komplexbe vitt toxikus anyag közötti anyag transzportot. Egy további találmányi ismérv szerint a biológiai rendszer recirkuláeiós eleveniszapját előlevegőztetjük, és az így előkezelt recirkuláeiós eleveniszapot a biológiai rendszerbe visszavezetjük. A recirkuláeiós eleveniszap — az előző folyamat eredményeként - még tartalmazhat le nem bontott toxikus anyagokat, ezért a maradék toxikus anyagokat az előlevegőztetéssel lebontjuk és az eleveniszapot ezáltal regeneráljuk. A találmány szerinti eljárást rajz segítségéve] példán keresztül ismertetjük részletesebben. 1. ábra. a találmány szerinti eljárás egy lehetséges 196.578 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
