Hidrológiai Közlöny, 2015 (95. évfolyam)
2015 / 3. szám - Tolnai Béla: A biológiai szűrésről - axiomatikus szemléletben
70 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2015. 95. ÉVF. 3. SZ.- Pe < 1 az éhező biofilm esete, amikor a biofilmhez nem érkezik elegendő tápanyag, noha volna elegendő idő a diffun- dáláshoz.- Pe - 1 labilis tartomány, nagyon kicsi változás hirtelen átbillenéshez vezet.- Pe > 1 stabil hatékony tartomány- Pe» 1 alacsony hatékonyságú tartomány, ugyancsak az éhező biofilm esete. Ekkor a tápanyag azért nem képes bejutni a biofilmbe, mert az nagy sebességgel elhalad előtte. Levonhatjuk a biológiai szűréselmélet legfontosabb következtetését: Biológiai szűrők Pe >1 tartományban működnek a leghatékonyabban. A méretezés során a berendezés Pe-számát ebbe a tartományba érdemes pozícionálni. A hatékonyság a „klimatikus” viszonyok változtatása által is fokozható, amely függvénytani értelemben „átlépést” jelent egy nagyobb <p paraméterű görbére. 2.6. Az egymásba skatulyázott elméletek A Michaelis-Menten és a Monod kinetika között formális kapcsolat van. Mindkét kinetikában jelentős szerepet játszanak az enzimek. Az enzim az előbbiben katalizátor, az utóbbiban a testfelépítés anyaga. A reakciósebesség és a Monod tényező nagysága egyaránt a szubsztrát-tartalomtól függő mennyiség. A mindkét függvénykapcsolat jellege a féltelítődési állandó segítségével szokás leírni. Enzim Féhcliíési állandó Baktérium Logisztikai Jv. Elmélet Miről szól? A történés helyszíne Kulcs-paraméter Michaelis-Menten kinetika Sejtek anyagcseréje Sejt Reakció sebesség Monod kinetika M ikrobaszaporodás Biofilm Relatív növekedési tényező Biológiai szűrés-elmélet Biológiai szűrés Biológiai reaktor Szűrési tényező 2-16. ábra. Az egymásba Hasonlóképpen formális a kapcsolat a Monod-kineti- ka és a biológiai szüréselmélet között. Itt a közös jegyek egyikét a baktériumok adják: az egyik oldalon a szaporodási intenzitással, a másik oldalon a letelepedésükhöz szükséges felületigénnyel jellemezve. A másik közös jegy a logisztikai függvény formulájának azonossága. Ez az egyezőség jelenti a kapcsolatot. Nem nehéz a három elmélet egymásba ágyazottságát felismerni. Ugyan mindegyik elmélet másról szól, másutt történik és más a kulcs-paraméterük, mégis egymásra é- pülő módon alkotnak egészet. A 2-18. ábra az egymásba skatulyázott elrendezést is mutatja. Ezeken lépcsőkön át juthatunk el a sejtektől, a mikrobákon keresztül a biológiai szüréselmélet megszabta eseményekig, végső soron a víz megtisztulásáig. 3. Következtetések, kitekintés 3.1. A lebomlás feltételei Biológiai szűrök működőképességéről méréssel szokás meggyőződni (lásd 3-1. ábrát). A szűrő biológiai értelemben akkor működik ráfolyó és elfolyó víz KOlps és BOI5 értékei között különbség van. A viz haladási irányát tekintve az értékeknek csökkenniük kell. Ez indirekt módon utal arra, hogy a reaktortérben tápanyag lebontás zajlik. Az értékelés elvégzéséhez mind az input, mind az output vízből mintát kell venni. Az elektronmikroszkópikus felvételeken, a szűrőrétegen elszaporodott mikrobákat és azok számosságát figyelhetjük meg. Ha megfelelő számban ott látjuk azokat az egyedeket, amelyek a lebomlás katalizálják, ezzel szintén a szűrő hatékony működését igazoljuk. A mikroszkopikus vizsgálatokhoz a minták vételezése a szürőkö- zegből történik. skatulyázott folyamatok A PCR mérésekhez a mintát az elfolyó vízből veszünk. Az elfolyó vízben a biofilm szétszóródása miatt jelentős számú és fajtájú baktérium található. A mérés célja a mikroba-összetétel kimutatása. A szűrőre ráfolyó víz a szubsztrátot szállítja. Szubsztrát alatt a víz szennyezését értjük, nem törődve azzal, hogy a baktériumok igenis különbséget tesznek az egyes molekulák között. Csak azokat bontják le, amelyek mintázata megfelel testfelépítésüket adó enzim mintázatának. Ha a tápanyagban valamely molekulából több van, annak megfelelő baktériumok jobban szaporodnak. A 3-1. ábrán a színes vonalkód egy oszlopa egy adott időpillanatban a működő baktériumok %-os megoszlását mutatja. Az időben a vonalak vastagsága változhat, mutatva, hogy éppen milyen összetételű volt a vízben a szennyezés. A PCR vonalkódok segítségével szemléltethető a mikrobákra vonatkoztatott sokszínűség. Kezdetben „vala” a nagyon sűrű vonalkód (lásd 3-2. ábra). Az enzimmintázatok nagy számát a Teremtő állította elő és ezeket nagyszámú baktériumba építette be. Amikor a lebontandó szubsztrát találkozik a neki megfelelő mintázatú enzimmel, az enzimet magába foglaló baktérium szaporodni kezd, miközben a tápanyag lebom- lik. A tápanyag mennyiségétől függően a szaporodás egy határig nő, azaz a folyamat önszabályozó. Ezt fejezi kis a Monod-kinetika. A mikroba-összetételi ábra azt is világosan jelzi, hogy a biofilmen belül mindig egy baktériumközösség van jelen. A közösséget az egyes baktériumtípusok dominanciája jellemzi.
