top of page

8.22. BIOLÓGIAI FOLYAMATOK IRÁNYÍTÁSA - mivel szabályozzunk ?

A biológiai úton történő víztisztítás vagy a szennyvíziszap rothasztással történő stabilizálása azonos módon, de más feltételek mellett zajlik. Működtetésüktől azt várjuk, hogy stabilan kézben tarthatók legyenek, hogy hatékonyságuk a lehető legjobb legyen.

Az irányítástechnikai megvalósításához paramétek mérésére van szükség. Mit mérjünk? A kérdés korrekt megválaszolásához előbb taglalni érdemes néhány, akár triviálisnak is nevezhető körülményt.

Méréstechnikai szempontból a vízminőségmérések nem tartoznak az egyszerű mérések közé. Három, jól elkülönülő csoport létezik:

  • A vízminőségi paraméterek egy csoportja szondás mérés. Ezeket a távadós méréseket a SCADA rendszer fogadni tudja. A mérési érzékelők közvetlenül a reaktorterekben kerülnek felszerelésre. Ebbe a kategóriába többek között a pH, ORP, hőmérséklet, oldott oxigén vezetőképesség, zavarosság, maradék klór mérések tartoznak.

  • A második csoportot a vízminőség analizátorok adják, amelyek szintén távadós mérések. Szaktudást, folyamatos törődést igénylő mérőeszközök ezek. Közös jellemzőjük az automata mintavétel és a reagensek használatának szükségessége (hacsak nem nagyon különleges szelektív elektródákat alkalmazunk). A mérőeszközök bonyolultsága következtében a mérések csak időszakosan valósulhatnak meg. Analizátorok mérik javarészt koncentráció típusú mennyiségeket, mint PO43-, NH4+ -N, NO3--N, (TOC).

  • A labor méréseket a folyamatirányító rendszerek közvetlenül nem fogadják, azaz nem távadós mérések. A mérések elvégzéséhez mintavételre van szükség. Általában csak laborban mérhető mennyiségek: KOI, BOI, TOC, különféle koncentrációk, összetételek, iszapok fűtőértéke, biofilmhordozó anyagok fajlagos felülete, diffúziós tényezők, mikrobiológiai mérések, mikroszkopikus vizsgálatok, stb.

Szennyvíztelepek műszerezettségét vizsgálva arra a következtetésre lehet jutni, hogy inkább a biokémiai folyamatok eredményét, az output mennyiségeket, a létrejött vegyületek koncentrációját mérjük. Kevesebb figyelem jut a mikrobióta tápanyagellátásnak és reaktorterek „klimatikus” viszonyainak elemzésére.

Az outputmennyiségek okozatok (következmények), és többnyire lassú analizátorok által mértek. Szabályozástechnikai szempontból ezeknek a mennyiségeknek az átmeneti függvénye késleltetéssel, esetleg holtidővel rendelkezik, így szabályozási célra nehezebben használhatók.

A baktériumok tápanyag ellátását és „munkakörülményeit” mérő mennyiségek ezzel szemben késleltetéssel nem rendelkező okok, amelyek gyors szondák által mértek.

Mindezek előre bocsátásával megfogalmazandó a biológiai reaktortereket üzemét figyelő irányítástechnikai rendszer alapkövetelménye. A diszpécserek által figyelt monitorokon lenni kell olyan képnek, ami a tápanyag ellátás logisztikai viszonyait mutatja, azaz követni kell tudni a Pe-szám változását. Ugyanígy láttatni kell tudni a baktériumok „munkakörülményeit” a Vincent diagramon. Ez utóbbihoz a reaktorterek pH, hőmérséklet és redoxpotenciál mérésére feltétlenül szükség van, amelyek szondás mérések. Ezek az elméleti megfontolásokon nyugvó feldolgozások ma még hiányoznak a SCADA rendszerek képernyőin.

Emellett szükség van a hagyományos mérésekre is !!!

A szűrő biológiai értelemben akkor működik ráfolyó és elfolyó víz KOIps és BOI5 értékei között különbség van (ΔKOIps és ΔBOI5). Ugyanilyen jó indikátor a Ha fűtőérték is. Segítségével az iszap kimerülésének mértékét mérjük ΔHa

 

A víz haladási irányát tekintve az értékeknek csökkenniük kell. Ez 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 mikroszkópikus vizsgálatokhoz a minták vételezése a reaktortérből történik.

 

A mikroszkópikus vizsgálatokból az iszapszerkezet átalakulását is nyomon követhetjük.

A PCR (Polymerase Chain Reaction) 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 a lebontandó molekulák között. Csak azokat bontják le, amelyek mintázata megfelel testfelépítésüket adó az általuk termelt enzim mintázatának. Ha a tápanyagban valamely molekulából több van, annak megfelelő baktériumok jobban szaporodnak. A PCR méréssel nem az egyes baktériumokat tudjuk azonosítani. Ha időben az egymást követő mérések eredménye eltér, úgy csak aannyi mondható, hogy valami megváltozott, valamely baktériumtörzs szaporodása erőteljesebbé vált. A mérés kiértékelhető eredménye a változás.

Mérések a biofilm működésének megfigyelé

8.22‑1. ábra

Mérések a biológiai szűrő működésének közvetett megfigyeléséhez

A 8.22-1. ábrán a színes vonalkód egy oszlopa egy adott időpillanatban aktív baktériumok %-os megoszlását mutatja. A vonalak vastagsága arányos az adott baktérium aktivitásának mértékével. Az időben a vonalak vastagsága változhat, mutatva, hogy változott a vízben a szennyezés összetétele. A Simpson index és T-RFLP elemzés segítségével a változások jellege még jobban megmutatható.

Biológiai sokszínűség.jpg

8.22‑2. ábra

Biológiai sokszínűség

A PCR vonalkódok segítségével szemléltethető a mikrobákra vonatkoztatott sokszínűség. Kezdetben „vala” a nagyon sűrű vonalkód (lásd 8.22-2. ábra). Az enzimmintázatok nagy számát a természet 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 lebomlik. 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 baktériumközösség van jelen. A közösséget az egyes baktériumtípusok dominanciája jellemzi.

A gyakorlatban könnyen és nehezen lebomló molekulákról beszélünk. Az eddigiek ismeretében magyarázatát is adhatjuk a lebomlás jelzőinek. A logisztikai előfeltétel szerint a molekulának be kell jutnia a biofilmbe. Nagy molekulák diffundálása nehézkesebb, a kisebbek könnyebben jutnak be. Megfelelően alacsony Pe-szám mellett azonban elérhető, hogy a bejutás nagy molekulák esetén is hatékony legyen.

A lebontási axióma szerint adott tápanyag lebontásához meghatározott enzimre, mint katalizátorra van szükség. Az esetek többségében ez így van, vannak azonban kivételek. A DDT rovarirtó mesterségesen elállított készítmény volt. Használatát időközben betiltották, mert lebontására a természet nem képes. Valószínűleg azért nem, mert nem létezik vele szemben megfelelő mintázatú enzim. Mondhatjuk azt is, hogy a biológiai sokszínűség „teremtői hiba” révén nem teljes.

Megjegyzés

Egy kis képzettársítással a biológiai reaktorterekben baktériumok dolgoznak. A munka szüneteltetésekor a leegyszerűbb dolog az volna, ha meg tudnánk interjuvolni a baktériumok szakszervezeti bizottságának elnökét, megbeszélni vele a munkalassítás okát. Ezt nem tudjuk megtenni. Ezért van az, hogy különféle indikátor paraméterekkel csak következtetni tudunk a munkavégzés hatékonyságára. A KOI, BOI oxigényigényt jelent, csak közvetetten jelzi a tápanyag lebontást. 

Modellare neccesse est...

  • LinkedIn - Black Circle
  • Facebook - Black Circle

© BioModel Bt. 2019

All rights reserved

Utoljára frissítve: 2024. április    

bottom of page