Розробка універсальної моделі кінетики стаціонарного процесу біоочистки із субстратним інгібіюванням

The results of stationary laboratory experiments are analyzed on the basis of the specific (per unit biomass) degradation rate of environmental pollutants. The presence of substrate inhibition for both gaseous, and water-dissolved pollutants is revealed. The phenomenological approach, which takes into account two obvious phenomena in a simple form: the contact of a microorganism with the substrate molecule and the inhibitory effect of the environment on it is applied to the analytical description of the relationship between the bio-oxidation rate and the pollution concentration. Numerical values of empirical coefficients of relationships for the investigated processes are calculated.The differential equation, describing the kinetics of biochemical degradation at the macro-level is proposed. The macrokinetic mathematical model of bioremediation is defined as a system of two functions, quantitatively reflecting the  pollutant specific oxidation rate-concentration relationship and the concentration-time relationship, and satisfying the relationship of these parameters in a differential form. The concentration-time relationship is determined in the form of both the numerical integration algorithm and the approximate formula. The relevance and versatility of the proposed model for the investigated processes are proved. The resulting model is the basis for the quantitative description of non-stationary processes in bioreactors.Для удельной на единицу биомассы скорости окисления вредного вещества получено дифференциальное уравнение на макроуровне, описывающее кинетику биохимической деструктуризации. На основании феноменологического подхода к обобщению результатов стационарных лабораторных экспериментов предложена универсальная макрокинетическая математическая модель при субстратном ингибировании. Полученная модель предлагается в качестве базовой основы для количественного описания нестационарных процессов в установках биоочистки.Для питомої на одиницю біомаси швидкості окиснення шкідливої речовини отримано диференційне рівняння на макрорівні, яке описує кінетику біохімічної деструктуризації. На основі феноменологічного підходу до узагальнення результатів стаціонарних лабораторних експериментів запропонована універсальна макрокінетична математична модель при субстратному інгібіюванні. Отримана модель пропонується як базова основа для кількісного опису нестаціонарних процесів у біореактора

Розробка математичної моделі процесу біологічної очистки газоподібних викидів, що розчиняються у воді

In the experimental research, the kinetic characteristics of hydrogen sulfide, sulfur dioxide and ammonia biooxidation were determined. It was found that the hydrogen sulfide and sulfur dioxide oxidation rates varied from 12 mg/g of biomass per hour in the region of the minimum pollution concentrations to the maximum value of 40 mg/g·h. As for ammonia, the variation range was 1.5–5 mg/g·h, respectively. The analytical description of the dependence of the specific degradation rate of pollutants on their concentration was proposed. The obtained quantitative values and variation nature of the specific oxidation rate prove the technological possibility of using the trickle-bed bioreactor for treatment of water-solvable gaseous emissions.Based on the experimental research, the mathematical description of the non-stationary biooxidation process of water-soluble gaseous hydrogen sulfide, sulfur dioxide and ammonia was developed. The developed mathematical model is based on the mass balance in the trickling layer of the bioreactor in the course of absorption and biodegradation processes. The analytical dependencies consider the emergence of dynamic balance between the harmful matter arrival intensity and oxidation. The state of dynamic balance determines the boundary of the bioreactor efficiency. The results allow evidence-based calculations of the hydrogen sulfide, sulfur dioxide and ammonia biotreatment process in the trickle-bed bioreactor.В результате лабораторных экспериментов показана возможность биоочистки растворимых в воде газообразных сероводорода, диоксида серы и аммиака. На основании полученных эмпирических зависимостей и теоретических представлений о нестационарности процесса разработана математическая модель биодеструкции газообразных водорастворимых загрязнений. Алгоритм учитывает состояние динамического равновесия между непрерывной абсорбцией загрязнений и их биоокислением в воде омываемого слоя биореактора. Полученные зависимости позволяют адекватно описывать процесс биоочистки и рассчитывать его параметрыУ результаті лабораторних експериментів показана можливість біоочистки розчинних у воді газоподібних сірководню, діоксиду сірки та аміаку. На основі отриманих емпіричних залежностей та теоретичних уявлень щодо нестаціонарності процесу розроблено математичну модель біодеструкції газоподібних водорозчинних забруднювачів. Алгоритм враховує стан динамічної рівноваги між безперервною абсорбцією забруднювачів та їх біоокисненням у воді шару біореактору, що омивається. Отримані залежності дозволяють адекватно описувати процес біоочистки та розраховувати його параметр

РАзрАботкА универсальноЙ моделИ кИнетИкИ стациОнарнОгО процессА бИоочИсткИ С субстратныМ ингибированиеМ

Для удельной на единицу биомассы скорости окисления вредного вещества получено дифференциальное уравнение на макроуровне, описывающее кинетику биохимической деструктуризации. На основании феноменологического подхода к обобщению результатов стационарных лабораторных экспериментов предложена универсальная макрокинетическая математическая модель при субстратном ингибировании. Полученная модель предлагается в качестве базовой основы для количественного описания нестационарных процессов в установках биоочистки