16399

16399

حذف زيستي يك آلاينده در بيوراكتور هواگرد و بررسي ميزان تطابق با مدل بيوراكتورهاي سري

كارشناسي ارشد

بيوتكنولوژي

شهريور 1395

دكتر فرشته نعيم پور

شيمي

بيوراكتور هواگرد به عنوان يكي از متداولترين بيوراكتورهاي مورد استفاده در فرايند بيولوژيك از اهميت خاصي برخوردار است، از اين رو بررسي و شناخت پارامترهاي مهم و تاثيرات آن بر عملكرد اين نوع بيوراكتور و مدلسازي آن اهميت فراواني دارد. در اين تحقيق ابتدا، حذف آلاينده فنل در غلظت‌هاي 4/0، 6/0 و 8/0 گرم بر ليتر با استفاده باكتري Alcaligenes faecalis در محيط‌كشت نمكي در مقياس ارلن مورد بررسي قرار گرفت. مقادير ثوابت سينتيكي فرآيند با استفاده از معادله هالدن تعيين شد. بيشينه نرخ رشد ويژه برابر h-1121/0 و ضريب ممانعتكنندگي فنل برابر mg/l1/280حاصل شد. در مرحله بعد، آزمايش‌هاي حذف فنل در غلظت‌هاي مذكور در بيوراكتور هواگرد خارجي با حجم 78/0 ليتر در دماي محيط و با سرعت هوادهي vvm 3 انجام شد. با مقايسه نتايج كشت در مقياس ارلن و بيوراكتور هواگرد، بهبود در سرعت حذف كامل آلاينده و مقادير توده زيستي توليد شده در شرايط مشابه حاصل شد. در ادامه، اين بيوراكتور بر اساس تئوري بيوراكتورهاي سري (TSM) و با استفاده از نرم‌افزار MATLAB مدلسازي شد و با نتايج تجربي در بيوراكتور مقايسه شد. با تغيير پارامترهاي اساسي در مدل، نظير مقدار دبي هواي ورودي، حجم بيوراكتور و نسبت‌هاي ابعادي و تاثيرات آن در عملكرد بيوراكتور، وابستگي‌هاي منطقي مشاهده شد كه مويد صحت و دقت مدل TSM در پيش‌بيني رفتار بيوراكتور هواگرد است. دقت مطلوب اين مدلسازي كه در آن موازنه‌هاي جرمي، معادلات سينتيكي و پارامترهاي هيدروديناميكي لحاظ شده است، مي‌تواند گزينه مناسبي براي پيش¬بيني فرايندها در اين بيوراكتور در محيط‌هاي دو فازي باشد.

1395/11/05

1/1/1900 12:00:00 AM

Airlift bioreactor, as one of the most common bioreactors has received a lot of attentions. So, the study on the important parameters an​d their effects on the bioreactor performance has got out standing importance. In this research, at first,the removal of 0.4, 0.6 an​d 0.8 g/l concentrations of phenol from aqueous mineral solution were eva​luated using Alcaligenes faecalis in shake flasks. The kinetic constants values of the bioprocess were calculated using Haldane kinetic model. The maximum specific growth rate (μmax) of 0.121 h-1 an​d the inhibition coefficient (ki) of 280.1 mg/l were estimated for the bacteria at ambient temperature. In the next step, the removal experiments of phenol at mentioned concentrations were carried out in an External Airlift Bioreactor (EAB) with the volume of 0.78l at ambient temperature an​d aeration rate of 3 vvm.Phenol removalrate an​d biomass concentration in similar conditions were improved in EAB. After that, the bioreactor was modelled based on Tank in Series Model (TSM) using MATLAB software an​d the model prediction was compared to experimental results.The logical relationships were observed between the model parameters, such as air flow rate, volume of the bioreactor, dimensional ratio, an​d their effects on the performance of bioreactor. This confirms the accuracy an​d precision of TSM for forecasting the performance of the airliftbioreactor. Due to consideration of mass balance terms, kinetic equations an​d hydrodynamic parameters in the modeling, TSM can predict perfectly the two-phase microbial culture in EAB. Keywords: Airlift Bioreactor, Phenol Pollutant, Tank in Series Model (TSM), Theory of TSM, MATLAB Software