Ocena wpływu struktury biofilmu immobilizowanego na materiale ziarnistym na stacjonarne cechy procesu mikrobiologicznego

• Autorzy: Tabiś B.

Warianty tytułu

EN

The influence of structure of the biofilm immobilized on solid particles

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono model procesu mikrobiologicznego przebiegającego w biofilmie immobilizowanym na materiale drobnoziarnistym. Taki sposób immobilizacji jest stosowany w bioreaktorach fluidyzacyjnych. Uwzględniono niejednorodność porowatości biofilmu przez wprowadzenie rozkładu zarówno jego gęstości, jak i współczynników dyfuzji reagentów. Uwzględnienie tych rozkładów daje inne wartości współczynników efektywności biofilmu niż dla modeli zakładających jednorodne, średnie wartości tych wielkości. Odmienną formę mają również profile stężeń reagentów. Obliczenia przeprowadzono dla procesu biodegradacji fenolu według kinetyki dwusubstratowej.

EN

A model for microbiological process occurring in biofilm immobilized on fine-grained solid particles has been presented. Such a method of immobilization is used in fluidized bed bioreactors. The model takes into account non-uniformity of the biofilm porosity by introducing distributions of its density and effective diffusion coefficients. The consideration of such distributions resulted in different values of effectiveness factors than those obtained with a model assuming homogeneous, average values of the quantities mentioned. Different shapes of concentration profiles were also observed. The computations were performed for biodegradation of phenol occurring according to double-substrate kinetics.

Słowa kluczowe

PL

biofilm; bioreakcje; inżynieria procesowa; materiał ziarnisty; proces mikrobiologiczny

• Wydawca: Komitet Inżynierii Chemicznej i Procesowej Polskiej Akademii Nauk
• Czasopismo: Inżynieria Chemiczna i Procesowa
• Rocznik: 2005
• Tom: T. 26, z. 1
• Strony: 183--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Tabiś B.

• Instytut Inżynierii Chemicznej i Chemii Fizycznej Politechniki Krakowskiej

Bibliografia

• [1] ATKINSON B., DAVIES I.J., The overall rate of substrate uptake by microbial bioftlms. A biological rate equations. Trans. Inst. Eng., 1974, 52, 248.
• [2] RITTMAN B.E., MCCARTY P.L., Model of steady state biofilm kinetics, Biotechnol. Bioeng., 1980, 22, 2343.
• [3] BUSWELL A.M., Microscopic growth in distribution systems and their food supply, J. Am. Wat. Wks Assoc., 1938, 30, 1651.
• [4] SHROEDER E., Water and wastewater treatment, McGraw-Hill, New York, 1977.
• [5] NOGUERA D.R., OKABE S., PICIOREANU C, Biofilm modeling: Present status and future directions, Wat. Sci. Tech., 1999,39, 237.
• [6] PICIOREANU C, VAN LOOSDRECHT M.C.M., HEIJNEN J.J., Mathematical modeling of biofilm structure with a hybrid differential-discrete cellular automation approach, Biotechnol. Bioeng., 1998, 58, 101.
• [7] PICIOREANU C, VAN LOOSDRECHT M.C.M., HEIJNEN J.J., Discrete-differential modeling of biofilm structure, Wat. Sci. Tech., 1999, 39, 115.
• [8] NOGUERA D.R., PIZARRO G., STAHL D.A., RITTMAN B.E., Simulation of multispecies biofilm development in three dimensions, Wat. Sci. Tech., 1999, 39, 123.
• [9] HORN H., HEMPEL D.C., Modeling mass transfer and substrate utilization in the boundary layer of biofilm systems, Wat. Sci. Tech., 1998, 37, 139.
• [10] WASCHE S., HORN H., HEMPEL D.C., Mass transfer phenomena in biofilm systems, Wat. Sci. Tech., 2000,41,357.
• [11] MORGENROTH E., VAN LOOSDRECHT M.C.M, Evaluating 3-D and l-D mathematical models for mass transport in heterogeneous biofilms, Wat. Sci. Tech., 2000, 41, 347.
• [12] LEWANDOWSKI Z., ALTOBELLI S.A., FUKUSHIMA E., NMR and microelectrode studies of hydrodynamics and kinetics in biofilms, Biotech. Progr., 1993, 9, 40.
• [13] TSUNEDA S., AURESENIAJ., INOUEY., HASHIMOTO Y., HIRATAA., Kinetic model for dynamic responce of three-phase fluidized bed biofilm reactor for wastewater treatment, Biochem. Eng. J., 2002, 10,31.
• [14] ONYSKO K.A., ROBINSON C.W., BUDMAN H.M., Improved modelling of the unsteady-state behaviour of an immobilized-cell, fiuidized-bed bioreactor for phenol biodegradation, Canad. J. Chem. Eng., 2002, 80, 239.
• [15] TANG W.T., FAN L.S., Steady state phenol degradation in a draft-tube, gas-liquid-solid fluidized bed bioreactor, AlChE J., 1987, 33, 239.
• [16] TANG W.T., WISECARVER K., FAN L.S., Dynamics of a draft tube gas-liquid-solid fluidized bed bioreactor for phenol degradation, Chem. Eng. Sci., 1987, 42, 2123.
• [17] TANYOLAC A., BEYENAL H., Predicting average biofilm density of a fully active spherical bioparticle, J. Biotech., 1996, 52, 39.
• [18] BEYENAL H., SEKERS., TANYOLAC A., SALIHB., Diffusion coefficients of phenol and oxygen in a biofilm of Pseudomonas putida, AlChE J., 1997, 43, 243.
• [19] BEYENAL H., TANYOLAC A., 77/e effect of biofilm characteristics on the external mass transfer coefficient in a differential fluidized be biofilm reactor, Biochem. Eng. J., 1998, 1, 53.
• [20] YANG X, BEYENAL H. HARKIN G., LEWANDOWSKI Z., Quantifying biofilm structure using image analysis, Journal Microb. Meth., 2000, 39, 109.
• [21] LEWANDOWSKI Z., Notes on biofilm porosity, Wat. Res., 2000, 34, 2620.
• [22] TABIS B., Zasady inzynierii reaktorow chemicznych, WNT, Warszawa, 2000.
• [23] SEKER S., BEYENAL H., SALIH B., TANYOLAC A., Multi-substrate growth kinetics of Pseudomonas putida for phenol removal, Appl. Microbiol. Biotech., 1997,47,610.
• [24] TABIS B. ANDREAS G., Method for the determination of the steady states of a three-phase fluidized bed bioreactor, Inz. Chem. Proc, 2003, 24, 551.