CCI20130725092

94

6. Podstawy inżynierii bioreaktorów

6.5.1. Reaktory o działaniu okresowym

W reaktorze o działaniu okresowym nie ma dopływu pożywki (ścieków) ani odpływu z reaktora. W systemie o działaniu okresowym dla określonego czasu t₀ ustalone są warunki początkowe, określone przez zawartość pokarmu (pożywki) S₀ i liczebność bakterii X₀. Z czasem bakterie namnażają się, a zawartość pokarmu maleje. Wzrost mikroorganizmów obejmuje kolejne fazy: adaptację, przyspieszenie wzrostu, wzrost wykładniczy, hamowanie wzrostu, fazę stacjonarną. Hodowlę kończy się, w zależności od wymagań technologicznych, po zakończeniu wzrostu wykładniczego bądź w fazie stacjonarnej. Hodowla okresowa stanowi system zamknięty, mikroorganizmy wzrastają na określonej, ograniczonej ilości pożywki. Bilans biomasy w reaktorze ma postać (patrz również rozdział 6.3):

dX(t)

dt

= ,u-X

(6.32)

Natomiast bilans substratu:

dl

dt

— • ixX — m_sX

(6.33)

Zużycie substratu na przemianę podstawową jest istotne dla małych właściwych szybkości wzrostu. Dla kinetyki wzrostu opisanej równaniem Monoda:

^ = ^max „ ^ _c    (6.34)

A_s + O_s

w warunkach, gdy S_s » K_s równanie (6.34) upraszcza się do postaci: /l = /r_max.

Zwykle w hodowlach okresowych stężenie substratu jest znacznie wyższe od wartości stałej nasycenia (K_s). W wykładniczej fazie wzrostu mikroorganizmy wzrastają z maksymalną szybkością właściwą, co daje wykładniczy przyrost biomasy drobnoustrojów:

X = X₀-e^fl™^(l~^!°⁾    (6.35)

Stężenie substratu będzie się wówczas zmieniało następująco:

— = - —•(ć""^m“^(I-'^o)-1)    (6.36)

dt Y

6.5.2. Reaktory o działaniu ciągłym

Reaktory o działaniu ciągłym bez recyrkulacji biomasy

W hodowli okresowej warunki podlegają ciągłej zmianie - gęstość bakterii wzrasta, a stężenie substratu maleje. Oprócz tego typu reaktorów pracujących w sposób okresowy (nieciągły) istnieją również reaktory zasilane w sposób ciągły. Do reaktora (chemostatu) w sposób ciągły dostarczana jest pożywka (ścieki) i w sposób ciągły odprowadzana jest