BILANSE WZROSTU
DROBNOUSTROJÓW
Krzysztof W. Szewczyk
BILANS WZROSTU
�O
O2
C Ha Ob Nc
S s S
C Ha Ob Nc
X X X
�X
�
�S
X
yXS =
C Ha Ob Nc
�
P P P
S
�P
�
C Ha Ob Nc
P
N N N CO2
yPS =
�C
�
S
��
H2O
�W
BILANS ELEMENTARNY
WZROSTU DROBNOUSTROJÓW
� SS +� SN +�O O2 � X +� P +�W H2O +�C CO2
S N X P
C� Ha Ob Nc
� = 4� + a - 2b
c
ł = � - �N
cN
ł = 4� + a - 2b - 3c
BILANS W
GLA
�C
yXS + yPS + = 1
�S
yXS + yPS d" 1
BILANS TLENU
1
�O = (� ł -� ł -� ł )
S S X X P P
4
�ł �ł
�O 1 ł
S
�ł �ł
yOX = = - ł - yPX ł
X P
�ł �ł
� 4 yXS
X �ł łł
ł ł
S P
yXS d" - yPS
ł ł
X X
OGRANICZENIA BILANSOWE
1,25
1
yXS
0,75
0,5
0,25
0
01234567
łS
WSPÓA
CZYNNIK
WYDAJNOŚCI BIOMASY
ł < 4,67 yXS = 0,13 ł
S S
ł e" 4,67 yXS = 0,6
S
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
02468 10
łs
Yxs
WSPÓA
CZYNNIK WYDAJNOŚCI
BIOMASY
yXS = 0,12ł
S
1,2
Pseudomonas oxalaticus
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
01234567
łs
xs
y
WSPÓA
CZYNNIK ZUŻYCIA
TLENU
mol
ł < 4,67 yOX = 0,87
S
C - mol
ł e" 4,67 yOX = 0,417 ł - 1,05
S S
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
012345678
łs
OX
y
OSAD CZYNNY
mChZT = 8 ł N
S S
mX = N yXS MC ,X
S
yXS MC,X
mX = mChZT
8 ł
S
0,13 �" 25,9
mX = mChZT = 0,42 mChZT
8
PODSTAWY TERMODYNAMIKI
ENERGIA WEWN
TRZNA
q (ciepło)
w (praca)
"E = q + w
ENTALPIA
H - entalpia
H = E + P V
E  energia wewnętrzna
P  ciśnienie
CV - objętość
Przemiana izobaryczna P = const
Praca w = P "V
qP = "H
T
0
HT = H298 +
P
+"c dT
298
ENTALPIA REAKCJI
"HAP
AP
"HBP
"HAB
B
"HAP = "HAB + "HBP
Entalpia tworzenia
zmiana entalpii w reakcji syntezy danego związku z pierwiastków
Entalpia spalania
zmiana entalpii w reakcji utleniania danego związku do wody, dwutlenku węgla i azot
BILANS ENTALPOWY
Q
S X
P, CO2,H2O
N
Q = vS "hC ,S + vN "hC ,N - vX "hC , X - vP "hC ,P
kJ
"hC,X = 560
C - mol
ENTALPIA SPALANIA
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
02468 10
�
kJ
"hC = 115 �
C - mol
h
"
c
EFEKT CIEPLNY WZROSTU
"hC,X
�ł �ł
ł
S
�ł �ł
Q = - ł - yPX ł �
X P X
�ł �ł
yXS �X
�ł łł
"hC ,X
Q = 4vO
�X
Q 560 kJ
= 4 = 467
vO 4,8 mol
EFEKT CIEPLNY WZROSTU
Tlenowy wzrost drożdży S.cerevisiae na glukozie.
MC,S
30
g
yXS = YXS = 0,55 = 0,64
YXS = 0,55
MC, X 25,9
g
�ł �ł
1 ł 1 4 �ł mol O2
�ł
S
�ł - ł = �ł
�ł
yOX = �ł - 4,2 = 0,51
�ł
4 yXS X �ł 4 0,64 C - mol
�ł łł
�ł łł
kJ
yQX = 467 yOX = 0,51�"467 = 238
C - mol
238 kJ
YQX = = 9,2
25,9 g sm
EFEKT CIEPLNY WZROSTU
" 9,2 kJ/g s.m.
" 9,2 GJ/t
" ilość ciepła pozwalająca zagotować 28,7 t
wody!
BILANSE RÓŻNICZKOWE
O2
rO
rP
rS
S X P
1 d�
1 d�
X
S
� =
rS =
� d t
� d t
X
X
1
rO = (rS ł - � ł - rP ł )
S X P
4
�
'
yXS =
rS
PRZEMIANA PODSTAWOWA
Herbert
� =�XS rS - �e
Pirt
1
rS = � + mS
�XS
Roels i Kozen
� rP
rS = + + mS
� �
XS PS
WYDAJNOŚĆ PRODUKTU
'
�ł �ł
rP yXS mS ' �ł
�ł
=�PS �ł1 - - yXS �ł
rS �XS �
�ł łł
rP
d"�PS
rS
WZROST BEZTLENOWY
ł ł
S X
rP = rS - �
ł ł
P P
*
rP =�PX � + mP
ł
S
- ł
ł mS
X
S
mP =
�XS
*
ł
�PX =
S
ł -
ł
P
S
�PS
ł -
P
�PS
Biologiczne Zapotrzebowanie Tlenu
BZT
mChZT = 8 �S NS
�ł �ł
ł
S
�ł �ł
mBZT = 32 yOX N = 8 - ł N
X X X
�ł �ł
yXS
�ł łł
�S
mChZT = mBZT
ł - ł yXS
S X
Biologiczne Zapotrzebowanie Tlenu
BZT
Całkowite utlenianie
mChZT = mBZT
Pełna asymilacja
�S
mChZT = mBZT
ł - ł yXS
S X
1
mChZT = mBZT = 2,2 mBZT
1 - 4,2�"0,13
WYDAJNOŚĆ WZGL
DEM ATP
vX
yX ,ATP =
N
ATP
WZROST TLENOWY
WZROST BEZTLENOWY
C - mol
P
�ł �ł
yX ,ATP = 0,48
=�PO = 1 � 3
�ł �ł
mol ATP
O
�ł łł
MODEL STRUKTURALNY
MODEL STRUKTURALNY
anabolizm
1
C Ha Ob Nc + aN NH3 + ATP
S S S
yATP
1
C Ha Ob Nc + ADP + nHX H
X X X
yATP
katabolizm
C Ha Ob Nc + NS ADP C O2 + aW H2O + NS ATP + �S H
S S S
fosforylacja oksydacyjna
4 H + O2 + �PO ADP H2 O + �PO ATP
1
�PO rO + NS rk = � + mATP
yATP
WSPÓA
CZYNNIK WYDAJNOŚCI
1 �
PO
+ NS + ł
X
yATP 4 mATP
rS = � +
� �PO
PO
NS + �S NS + �S
4 4
' 0,16
yXS
0,14
0,12
ł
S
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
0 0,51 1,52 2,53 3,5
�
PO
WYDAJNOŚĆ WZGL
DEM ATP
n1 ATP
S1
X
S2 n2 ATP
X = (n1 + n2) yX,ATP
FERMENTACJA MLECZANOWA
C6H12O6 2 CH3CHOHCOOH
vS ł = vXł + vP ł
S X P
vS = vX + vP
vS (ł - ł ) = vX (ł - ł )
S P X P
łX = 4,2 łP = 4
łS = 4
FERMENTACJA MLECZANOWA
CH2OH
2 NAD+
2 NADH + 2 H+
O
O
OH
OH
OH
OH
2
O
OH
CH3
pirogronian
glukoza
NADH + H+
Droga EMP
NAD+
Embdena  Mayerhofa - Parnasa
O
OH
HO
Kwas mlekowy
CH3
FERMENTACJA MLECZANOWA
KATABOLIZM
� CH O + � ADP + � P � CH O + � ATP
s 2 ATP ATP i P 2 ATP
ANABOLIZM
�SACH2O+�NACHa Ob Nc +�ATPATP+�NNH3
N N N
�XCHa Ob Nc +�WH2O+�ATPADP+�ATPPi +�CdCO2
X X X
ZADANIA
" Zadanie 1.4.
 Obliczyć krytyczną wartość stosunku ChZT/N dla denitryfikacji
azotanów jeżeli 20% azotanów redukuje się do NO zaś reszta do
N2.
" Zadanie 1.5
 Obliczyć ilość wydzielanego ciepła na 1 g asymilowanego
etanolu podczas tlenowego wzrostu S.cerevisiae. Współczynnik
wydajności biomasy wynosi 0,56 gsm/g Et
" Zadanie 1.6.
 Oszacować wartość współczynnika wydajności biomasy drożdży
Candida lypolitica hodowanych na węglowodorach. Przyjąć
przeciętny skład węglowodorów CH2, oraz zużycie tlenu i ilość
wydzielanego ciepła na 1 kilogram powstającej biomasy.