RÉSZVÉTEL AZ OKTATÁSBAN
Szakmérnöki
Műszaki - gazdasági elemzés II
RÉSZVÉTEL AZ OKTATÁSBAN
Szakmérnöki
Műszaki - gazdasági elemzés II
Modellare neccesse est...
5. A BIOLÓGIAI SZŰRÉS KÖRNYEZETI VISZONYA
5.1 A vízben terjedő betegségek és a víztisztítás kapcsolata
A kolera és pestis járványok idején Snow Angliában arra a következtetésre jutott, hogy ezek a betegségek az ivóvíz közvetítésével terjednek Pasteur lépfene elleni kutatásai arra irányultak, hogyan lehetne a lépfene-baktériumokat legyengíteni oly módon, hogy megváltoztatjuk életkörülményeiket, - pl. a hőmérsékletet, a rendelkezésükre álló a tápforrásokat - vagy levegőnek tesszük ki őket. Vincent, Pasteur munkáinak követője továbblépett és „térképen” ábrázolta egyes betegségeket okozó mikrobák kedvelt életkörülményeit, ‑ mintegy ‑ klimatikus viszonyait. Úgy találta, hogy a pH - rH2 dimenziótlan változók által kifeszített síkon az általa vizsgált patogének csak egy jól körbehatárolt területen belül életképesek. A kórokozók elleni küzdelemről röviden eképp vélekedett: „Vond el a betegségtől táptalaját és akkor a betegség elhal.” A gyakorlat nyelvére lefordítva ez a pH - rH2 környezet megváltoztatását jelenti egy olyan pontba, ahol a betegségeket okozó mikrobák életképtelenek.
5.1‑1. ábra
A betegségek térképe, a bioelektronikai Vincent diagram
A biológia víztisztítás azonban nem a baktériumokkal szembeni küzdelemről szól, éppen ellenkezőleg baktériumok kellő szaporodása a kívánatos. Erősen szennyezett víz megtisztításához sok „munkaerőre”, sok baktériumra van szükség.
Visszájára fordítva a vincenti gondolatot azt mondhatjuk, hogy a baktériumi élet elősegítése a baktériumok által megkívánt „klimatikus” viszonyok beállításával érhető el. Minden élőlénynek, így a tápanyag lebontást végző, az egészségre veszélytelen baktériumoknak is van optimális környezete, így kedvenc tartománya a pH – rH2 síkon. Az elgondolás szerint a biológiai víztisztítás hatékony megvalósításához éppen ezeket az optimális környezeti feltételeket kell tudni beállítani.
5.2 A pH-rH2 diagram tulajdonságai
A vízben zajló reakciók alapvetően kétfélék lehetnek. A sav-bázis reakciók protonátadással, a redoxi reakciók elektronátadással zajlanak. A jellemzőket a 5.2-2. ábra összefoglalja össze.
5.2‑2. ábra A pH és rH2 értelmezése
kivonat Országh előadása alapján
A pH és rH2 dimenziótlan mennyiségek nem függetlenek egymástól. A köztük levezethető összefüggés az alábbi alakot ölti (A levezetés részleteit lásd Függelék 2-ben):
Eh Redoxpotenciál a standard hidrogén elektródára vonatkoztatva
R Egyetemes gázállandó
T Abszolút hőmérséklet
A következőkben Ne* helyett a tőle csak egy konstansban különböző, de pontosabb Ne értéket használjuk.
A korrigált Ne-tényezővel a tápanyag-lebontási képlet alakja nem változik:
Ezzel a helyettesítéssel a pH – rH2 összefüggés a következő alakra egyszerűsödik
Vegyük észre, hogy átrendezés után a redoxpotenciál
két tag algebrai összege. Az első tag a víz és az oldott anyagok elektron cseréjétől, a második csak a protoncserétől függ.
A pH – rH2 változók által kifeszített sík az ún Vincent-diagram, amelyen az Ne = áll. helyek egyenesek lesznek. Használva a 5.2-2. ábra értelmezéseit négy tartomány definiálható (lásd 5.2-3. ábrát). A tartományokhoz számos, a bioelektronika tudományához tartozó fogalom köthető.
5.2‑3. ábra
A Vincent-diagram és tartományai
mint pl. az egészséges életmódhoz fűzött éltető víz, ártalmatlan víz és a természetgyógyászat körébe tartozó más meghatározások.
A pH érték nagyságának megfelelően savas és bázikus közeget különböztetünk meg. A semleges pontot a pH = 7 jelenti.
Savas közeg 0 < pH < 7
Semleges közeg pH = 7
Lúgos közeg 7 < pH < 14
Az rH2 mentén történnő kategorizálás szintén a közegre vonatkozik:
Redukáló (erjedő) anaerob közeg 0 < rH2 < 28
Semleges közeg rH2 = 28
Oxidáló (lélegző) aerob közeg 28 < rH2 < 42
Az rH2 függvényében Jacob is definiált tartományokat. A csoportosítás azonban a baktériumok csoportosítását célozza, azok típusára utal.
Anaerob mikroorganizmusok: rH2 < 7,4
Mikroaerofil mikroorganizmusok: 7,4 < rH2 < 14
Aerob mikroorganizmusok: rH2 > 14
Az (3.1-8) képletben szereplő és előjelet váltó Ne-tényező mentén is térfelekre bonthatjuk a Vincent síkot. Eszerint (egyelőre jobb elnevezés híján) beszélhetünk
„-” térfél Ne < 0
zérus vonal Ne = 0
„+”térfél Ne > 0
A pozitív és negatív értéket is felvevő Ne-tényező a biofilmen belüli „klímaviszonyokat” méri. Az (3.1-8) képletben a Ne-tényező heurisztikus megfontolásaink következtében a köbgyökjel alatt szerepel. A köbgyökvonás eredményeként a három gyök között komplex gyököket is találunk. Fizikai értelmet azonban csak a gyökök pozitív reális részének tulajdonítunk, hisz a tápanyag-lebontás csak pozitív lehet. A negatív számokból vont gyök függvénygrafikonjának értékei ezért csak fele akkorák lesznek, ahogy azt a Vincent diagramban (lásd 5.2-3. ábra) az Ne = áll. vonalakra merőlegesen pozícionáltan az 5.2-4. ábra szemlélteti.
5.2‑4. ábra
A Ne-tényező köbgyöke
A redoxpotenciál mérése méréstechnikai szempontból a könnyű mérések közé tartozik, hisz csupán a referencia elektródhoz képesti feszültségkülönbséget kell mérni. Nem a mérés a problematikus, hanem annak értelmezése.
A redoxpotenciál mérésekor tulajdonképpen az ORP szonda és a redoxi-rendszer közti feszültségkülönbséget mérjük. Ez az érték azonban nem azonos a standard hidrogén szondára vonatkoztatott Eh értékkel. Az átszámítás Országh szerint a hőmérséklettől függő korrekcióval lehetséges.
ahol ORP [mV] a szonda által mért érték,
t [°C] hőmérséklet
