top of page
Keresés
Szerző képeBéla Tolnai

Röviden és tömören a biológiai víztisztításról


A vízmolekulák közé keveredő idegen molekulák okozzák a víz elszennyeződését.

1. ábra Szennyező molekula a vízmolekulák között

A víz tisztítása alatt ezen idegen molekulák eltávolítását értjük. A számos víztisztítási eljárás közül a biológiai módon működő változat a leghatékonyabb. A biológiai hatás kialakulásához azonban számos előfeltétel szükséges. Ezek rendre a következők:


1.

A baktériumok élettere a biofilm, amelynek magtapadása csak szilárd felületen lehetséges. A baktériumok a biofilmen belül mozognak ugyan, de helyüket érdemben nem változtatják meg. Ezért számukra a lebontandó szubsztrátot a biofilmbe kell szállítani. Ez a logisztikai folyamat két mozgásösszetevőből áll.

2. ábra A szennyezés leválasztásának sémája

A konvektív áramlás a tápanyagot a biofilmig juttatja, amely aztán diffúzió útján kerül a biofilmbe. A diffúzió hajtóereje a víztest és a biofilm közötti koncentráció-különbség. A szubsztrátmolekulák lebomlásával ez a koncentrációkülönbség folyamatosan újratermelődik, miáltal a diffúziós anyagáram állandósul.

Az így kialakuló anyagtranszport hasonlósági kritériuma a Pe-szám:

A biofilm ideális tápanyagellátása Pe=1 mellett valósul meg.

Az alacsony Pe-szám tehát a biológia szűrés megvalósulásának előfeltétele. A szennyező molekulák – köztük a gyógyszermaradványok és hormonok - lebontása csak akkor valósulhat meg, ha azok bejutnak a biofilmbe.

A Pe-szám csökkentése egyrészről a konvektív sebesség csökkentése és a diffúziós tényező növelése révén érhető el. A mértékadó szemcseátmérő – és vele a Pe-szám – másrészről akkor lesz kicsi, ha nagy fajlagos felületű anyagot használunk biofilmhordozó anyagként.


A tápanyaglebontás mértéke a Pe > 1 tartományban a Pe-számmal fordítottan arányos.

2.

A molekulák biológia elbontása katalizáció útján válik lehetővé. Katalizátorként enzimmolekulák szolgálnak. A lebontás folyamatában az enzimfehérjék nem vesznek részt. Arra képesek, hogy a lebontandó molekulák aktiválási energiaszintját lecsökkentség, miáltal azok atomjai szabaddá válnak új termékmolekulák képződéséhez.

A jelenséget a Michealis-Menten enzimkinetika írja le, amely a termékképződés reakciósebességére ad összefüggést.

Az emberi test javarészt vízből épül fel, ugyanúgy a baktériumok testfelépítését főként enzimfehérjék alkotják. A baktériumok így, közvetett módon, a testfelépítésük révén válnak a szubsztrát-molekulák lebontásának katalizátorává.

Az enzimek csak akkor képesek a molekulák aktiválási energiaszintjét lecsökkenteni, azaz a molekulákat bontani, ha biológiai mintázatuk a lebontandó molekula mintázatával megegyezik.

3. ábra A mintázat egyezősége

Egyfajta enzim csak egyfajta molekula lebontásának katalizálására képes.

A molekulák bomlása exoterm folyamat, energiafelszabadulással jár. Ezt az energiát használják a mikroorganizmusok életvitelük fenntartásához, szaporodásukhoz. Az osztódással történő szaporodást az ún. Monod-kinetika írja le. Az eredményül kapott exponenciális kitevő segítségével a szaporodás sebessége határozható meg.

4. ábra A Monod kitevő

A szaporodás gyorsasága közvetett módon a lebontás sebességére utal. Több baktérium, több szennyező molekula elbontására képes.

Miután a baktériumok többfajta enzimmolekulából állnak, ezért többéle molekula lebontását segíthetik elő.

A molekulák lebontása nem egy lépésben történik. Az első lebontási fázis terméke a következő fázis szubsztrátja lesz.

A baktériumok élőlények. Életfeltételeik csak bizonyos „klímaviszonyok” közepette biztosítottak. Minden élő mikroorganizmusnak megvan a jellegzetes pH - rH2 tartománya, ahol szaporodásuk ideális. A pH-rH2 síkot Vincent eredetileg a patogén baktériumok élettartományainak ábrázolására használta, azonban ezen a térképen a nem patogén mikrobák által kedvelt területek is megadhatók.

5. ábra A Vincent diagram

Amint a vizes közeg pH és rH2 értékpár elhagyja ezeket a tartományokat, akkor a mikroorganizmusok szaporodása lecsökken, szélső esetben leáll és a baktériumok elpusztulnak.

A tápanyag lebontás mértéke a kedvező tartományon belül

értéktől függ.

ahol Ne=rH2 - 2pH.

Így működik a partiszűrés és bármely változata a szennyvíztisztításnak.

A részletes kifejtést lásd itt a honlapon:

www.biomodel.hu

12 megtekintés0 hozzászólás

Friss bejegyzések

Az összes megtekintése

Comments


bottom of page