Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
следующим образом.
Для микробной биомассы
Накопление = Рост - Удаление или для бесконечно малого интервала времени
Vdx = V [ixdt-Fxdt. (35)
> V X S <
Рис. 10.6. Проточный биореактор непрерывного действия с полным
перемешиванием (см. текст).
424
Глава 10
Для лимитирующего субстрата Накопление = Поступление-Удаление-
Использование или для бесконечно малого интервала времени dt
Vds=Fs0dt-Fsdt--^-di, (36)
Ух/s
где V - постоянный объем жидкости в биореакторе, F - объемный поток
жидкости, втекающий в биореактор и вытекающий из него, Yx/S -
коэффициент выхода микробной биомассы при
росте на лимитирующем субстрате, х - концентрация биомассы
в реакторе, So и s - соответственно концентрации лимитирующего субстрата
в поступающем в биореактор растворе и в реакторе, р - удельная константа
скорости роста.
Разделив (35) и (36) на Vdt, получим
¦|Le(p_D)v (37)
и
-f- = D(s0-s)-----Н-. (38)
at Yx/s
В стационарном состоянии dx/dt=0 и ds/dt=0. Следовательно,
(р.-D)x- 0, (39)
откуда
p = D (40)
и, таким образом,
D(So-l)-$^-------0. (41)
* X/S
где х и s - соответственно концентрации микробной биомассы и
лимитирующего субстрата в стационарном состоянии.
Соотношение Моно можно переписать следующим образом:
р = - --- . (42)
(s + Ks)
Отсюда можно получить выражение для концентрации лимитирующего субстрата
в стационарном состоянии, заменив р на D:
J=-hR--------- . (21)
(pm - D)
Концентрацию бактеральной биомассы в стационарном состоянии получим,
заменив сначала в уравнении (41) р на D, а затем подставив выражение (21)
для s
Химическая технология и биотехнология
425
x=Y.
x/s
KSD (Pm D)
(43)
Производительность такой системы (выход микробной биомассы) в
стационарном состоянии равна
PH=Dx,
или, после подстановки выражения для х,
P" = DYxls\ s0----------------^-1
"Ч (pm ~D) J
(27)
(44)
Графики зависимости х, s и Ря от скорости разбавления D, построенные в
соответствии с соотношениями (43), (21) и (27), приведены на рис. 10.7.
Рис. 10.7. Теоретическая зависимость концентрации биомассы, концентрации
лимитирующего субстрата в стационарном состоянии, выхода микробной
биомассы от скорости разбавления для простого хемостата (fXm = 1,0 ч-1,
Ks= =0,1 г-л-1, У*/5=0,5, s0=10 г-л-1).
Найдем уравнения материального баланса для другой системы- проточного
реактора непрерывного действия с полным перемешиванием, единственным
продуктом которого является
426
Глава 10
микробная биомасса; в таком реакторе для интенсификации процесса часть
концентрированной микробной биомассы используется повторно, поступая из
сепаратора, расположенного на выходе из реактора (это может быть
седиментационный тэнк, применяемый при очистке сточных вод; центрифуга
или система ультрафильтрации). В подобной системе, изображенной на рис.
10.8, скорость разбавления D равна F/V, где F - по-
Рис. 10.8. Проточный реактор непрерывного действия с полным
перемешиванием и повторным использованием концентрированной микробной
биомассы (см. текст).
ток жидкости через систему в целом, V - постоянный объем жидкости в
биореакторе. Поток, выходящий из биореактора (но не из системы в целом),
можно представить в виде
F, = F+aFt, (45)
или
F
(1-е)
(46)
где а - доля вытекающего из реактора содержимого, которая используется
повторно. Если принять, что микробная биомасса становится более
концентрированной в g раз, то количество биомассы, повторно используемой
в биореакторе, будет равно aFsgx.
Уравнение материального баланса по биомассе будет в этом случае иметь вид
Химическая технология и биотехнология
427
Накопление=Рост-Удаление -f- Повторное использование,
или для бесконечно малого интервала времени dt
Vdx = V [ixdt-Fs xdt+aFs gxdt, (47)
а соответствующее уравнение по лимитирующему субстрату - Накопление -
Поступление-J-Повторное использование - Удаление-
- Расходование,
или для малого интервала времени
Vds - Fs0 dt -f aFs sdt-Fssdt dt. (48)
Yx/s
Подставив в (47) выражение для Fs и разделив на Vdt, мы получим для
стационарного состояния (при котором dx/dt = 0):
(l-ag)D 1-=0 (49)
(1-е) J или
(l-ag)D {50)
^ (1-е)
В предположении, что выполняется соотношение Моно, получаем
Pm5 (1 - aS)P (51)
s'-Ks (! - °)
ИЛИ
7__________DKt(l-ag)_______
Pm(l - a) - D(l- ag)
(52)
Подставив в (48) выражение для Fs и разделив на Vdt, мы получим для
стационарного состояния (при котором ds/dt=0) уравнение, которое
представляет собой уравнение для обычного хемостата (41). Подставив в
него выражение для s, будем иметь
)с= Fхп (so s) (1 а) (53)
(1 - ag)
Для определения концентрации микробной биомассы hx в осветленном потоке,
вытекающем из сепаратора, нужно найти уравнение материального баланса по
биомассе в сепараторе. В предположении, что сепаратор работает в
стационарном режиме, т. е. биомасса в нем не накапливается, уравнение ма-
428
Глава 10
териального баланса для биомассы можно записать следующим образом:
Поступление - Повторное использование-{-Концентрированные отходы +
