WŁAŚCIWOŚCI STACJONARNE BIOREKATOR. BARBOTAŻOWYCH TYPU AIRLIFT

WŁAŚCIWOŚCI STACJONARNE BIOREKATORÓW BARBOTAŻOWYCH TYPU AIRLIFT

STRESZCZENIE

W monografii przedstawiono wyniki badań teoretycznych i eksperymentalnych, które uzyskano w ramach programu badawczego dotyczącego właściwości stacjonarnych bioreaktora airlift, w którym przebiega mikrobiologiczny proces aerobowy. Materiał zawarty w monografii obejmuje następujące wątki tematyczne: badanie i modelowanie hydrodynamiki aparatu airlift, modelowanie matematyczne mikrobiologicznego procesu aerobowego w bioreaktorze airlift, analiza nieliniowa stanów stacjonarnych bioreaktora oraz badania empiryczne biodegradacji aerobowej węglowego związku toksycznego w tym aparacie w celu porównania ich wyników z badaniami teoretycznymi.
Modelowym procesem mikrobiologicznym, dla którego zrealizowano powyższy program badawczy, była aerobowa biodegradacja fenolu za pomocą bakterii Pseudomonas putida.
Dokonano systematycznego podejścia do modelowania aparatów airlift, przyjmując za podstawę systematyki zarówno model kinetyczny procesu, strukturę strumieni fazy ciekłej i gazowej, jak i hydrodynamiczny obszar pracy bioreaktora. Na podstawie wprowadzonej systematyki modeli matematycznych bioreaktorów airlift dokonano analizy nieliniowej ich stanów stacjonarnych. Analiza nieliniowa ujawniła, iż dla każdego hydrodynamicznego obszaru pracy aparatu, tj. obszaru A i C, obserwuje się obecność pojedynczych i wielokrotnych stanów stacjonarnych. Wykazano, iż w obszarze hydrodynamicznym A, w zakresie przebadanych parametrów, kształtuje się bardziej złożona struktura stanów stacjonarnych niż w obszarze hydrodynamicznym C.
W monografii przeprowadzono analizę właściwości numerycznych modeli bioreaktorów opartych na przepływach dyspersyjnych i na tej podstawie zaproponowano algorytmy aproksymacji skończenie wymiarowych.
Analiza porównawcza wyników empirycznych z uzyskanymi teoretycznie wykazała, iż obliczone stany stacjonarne pokrywają się z empirycznymi z różnicą mniejszą niż 10% dla stopnia przemiany substratu węglowego i mniejszą niż 5% dla bezwymiarowego stężenia tlenu rozpuszczonego w cieczy.
Wyniki badań teoretycznych umożliwiły sformułowanie praktycznych zaleceń do projektowania aparatów airlift i do prowadzenia w nich aerobowych procesów mikrobiologicznych. Przedstawione modele matematyczne oraz sposoby ich rozwiązywania umożliwiają optymalne dobranie stosunku objętości stref aparatu, czasu przebywania cieczy oraz natężenia przepływu powietrza dla danego stężenia substratu węglowego i dla danego modelu kinetycznego procesu mikrobiologicznego.
Zrealizowany program badawczy jest istotnym uzupełnieniem pozycji literaturowych traktujących o właściwościach bioreaktorów airlift.