img079 (19)

3. Techniczne podstawy hodowli drobnoustrojów w hioreaktorach

Po scałkowaniu od stężenia wlotowego C_F do końcowego C* uzyskuj'

3. Techniczne podstawy hodowli drobnoustrojów w hioreaktorach

V_

F

S

Cr

^rs(C)

01

gdzie Tp jest średnim czasem przebywania w reaktorze.

Otrzymane równanie jest analogiczne do równania dla bioreaktoru u ¹ łaniu okresowym. Warunki zbliżone do przepływu tłokowego występu).) reaktorach z nieruchomą warstwą nośnika.

Rozpatrzymy teraz drugą krańcową sytuację, tzn. idealne wymu 1 w reaktorze przepływowym z unieruchomionym materiałem biologicznym runki zbliżone do idealnego wymieszania występują w reaktorach z mir. -mechanicznym i reaktorach fluidalnych. Z bilansu masowego uzyskuje są

T_P =

Cf ~ Ck rs{C)

o l

To równanie jest analogiczne do równania dla ciągłej hodowli mikroorgam/n Zasadnicza różnica między rozpatrywanymi idealnymi typami realn występuje w rozkładzie stężeń substratów i produktów. W bioreaktorach 1 nym wymieszaniem w całej jego objętości jest jednakowe stężenie, w |i|im z przepływem tłokowym stężenie substratu zmienia się w sposób ciągły u ¹ zbiornika. W zależności od kinetyki przemian biochemicznych korzystni zastosowanie bądź reaktora z idealnym wymieszaniem, bądź z przepływ- u kowym. W przypadku typowej monotonicznej kinetyki przemian więks • nie przemiany uzyskuje się w bioreaktorach z przepływem tłokowym.

Bioreaktory membranowe

Półprzepuszczalne membrany mogą spełniać w bioreaktorach kilku 1 . czych funkcji: służyć do oddzielenia biomasy (reaktory z recyrkulacją biuin.t wydzielenia produktów przemian biochemicznych, unieruchomienia mmi-biologicznego bądź oddzielenia przestrzeni reakcyjnych o różnych liml Bioreaktory membranowe można zasadniczo podzielić na dwie grupy in.i. biologiczne, w których zachodzi wzrost drobnoustrojów, i enzymatyczni-rych prowadzone są reakcje enzymatyczne.

Mikrobiologiczne reaktory membranowe. Najczęściej wykot/v 1 funkcją membran w mikrobiologicznych reaktorach membranowych jest mywanie biomasy drobnoustrojów. Uzyskuje się dzięki temu zwiększenn .1. drobnoustrojów w bioreaktorze, co zwiększa szybkość procesów biochemii oraz przeciwdziała wymywaniu biomasy, prowadząc do zwiększenia pnulni ności. Ograniczenia w stosowaniu technik membranowych związane są / u niem membran (ang.Jóuling), a także nagromadzeniem komórek nieaktywm 1

i .Uu yslanic membran do wydzielania produktów metabolizmu umoż-i i wne prowadzenie hodowli wówczas, gdy produkty hamują wzrost ini|ów. / uwagi na spełnianie przez bioreaktor dwóch funkcji (hodowla **    |,i) , /ęsto tego typu procesy określa się mianem procesów zintegrowa-

I ludem może być wykorzystanie reaktora membranowego do prowa-» uiint ulacji mlekowej. Komórki bakterii mlekowych zatrzymywane są t ni reaktora, zaś kwas mlekowy przenika przez membranę i jest odpro-,,, 1.1 zewnątrz. Bioreaktory membranowe zostały z powodzeniem wyko-I.. prowadzenia fermentacji etanolowej, produkcji kwasu cytrynowego,

......w ego oraz preparatów enzymatycznych. Usuwanie produktów fer-

I uje się, stosując bądź membrany ultrafiltracyjne, bądź dialitycz-i li zachodzi ekstrakcja do rozpuszczalnika organicznego lub wody.

. II u lotnych produktów fermentacji stosowane są techniki destylacji < mmiii woj.

, mpy procesów zintegrowanych można zaliczyć bioreaktory, w któ-,,iiu ima służy do rozdzielenia przestrzeni reakcyjnych o różnych funk-i , l lądem może być prowadzenie mikrobiologicznej denitryfikacji wo-l ilpi/epuszczalna membrana oddziela komorę, przez którą przepływa

..... woda, od komory, w której przebiega beztlenowy wzrost bakterii

m 1111. u h. Azotany przenoszone są przez membranę i w komorze mi-in i ulegają redukcji do azotu cząsteczkowego.

' innlowlach komórek roślinnych i zwierzęcych bioreaktory membra-i. | <ln oddzielenia przestrzeni, w której znajdują się komórki od prze-klórą przepływają substraty. Dzięki takiemu rozwiązaniu komórki

, _........ na stres hydrodynamiczny. Uzyskuje się także możliwość precy-

i H w a nia substratów.

. i. inni grupę zastosowań membran w hodowli drobnoustrojów stanowią i , mi. iiibranowego napowietrzania. Polegają one na zastosowaniu odpo-

......i ubrań hydrofobowych do doprowadzania tlenu do brzeczki. Tlen

, i .ii, bezpośrednio w płynie hodowlanym, nie tworząc odrębnej fazy .„.Mm | (pęcherzyków), z tego względu często te techniki określa się mia-, ,i,h\i. n/unia bezpęcherzykowego. Metody te charakteryzują się wysoką

.....ni energetyczną i dzięki nim można uniknąć niedogodności trady-

,    . Iter/ykowego systemu napowietrzania. Niedogodności te związane

,    . luwaniem aerozoli podczas pękania pęcherzy powietrza na po

lu.. . i-. /v oraz desorpcją lotnych substancji w cieczy, i ,. Miuifyczne reaktory membranowe. Na rysunku 3.25 przedstawiono _t i l.i likaeję membranowych reaktorów enzymatycznych. Zasadniczy , i. im na funkcji membrany: wyróżnia się reaktory, w których mem-, .In ul i zy my wania materiału biologicznego w przestrzeni reakcyjnej , pMiduktów reakcji, oraz reaktory, w których membrana służy jako . hi. homionego materiału biologicznego.

183